7.1.1脈沖信號的特點

脈沖信號是一種持續(xù)時間極短的電壓或電流波形。圖7.1.1所示為幾種常見的脈沖波形。在圖7.1.1中，（a）是矩形波，（b）是方波，（c）是尖頂脈沖，（d）是鐘形脈沖，（e）是鋸齒波，（f）是梯形波。這些波形的共同特點是整個波形都是由若干個暫態(tài)過程段所組成。因此廣義來說，凡不具有連續(xù)正弦波形狀的信號，都可以稱之為脈沖信號。

最常用的脈沖信號是矩形波和方波，如圖7.1.1（a）和（b）所示。理想情況下，矩形波和方波突變部份是瞬間的，不占用時間。在實際波形中，脈沖電壓（或電流）從零值升到最大值時，或從最大值降到零值時，都需要經(jīng)歷一定的時間。圖7.1.2所示為矩形脈沖電壓信號的實際波形圖。圖中，是脈沖信號的電壓幅度；是脈沖信號的上升時間，也稱為脈沖前沿，它是指脈沖信號由0.1上升至0.9所經(jīng)歷的時間；是脈沖信號的下降時間，也稱為后沿，是脈沖信號由0.9下降至0.1所經(jīng)歷的時間；T稱為脈沖信號的周期；是脈沖信號持續(xù)時間，又稱為脈寬，是指脈沖信號從上升到0.5處到下降到0.5之間的時間間隔。在一個周期中，稱為脈沖休止期；稱為脈沖占空比。

7.1.2脈沖產(chǎn)生與整形電路的基本分析方法

獲得脈沖信號的方法通常有兩種，一種是用脈沖產(chǎn)生電路直接產(chǎn)生，另一種是對已有的信號進行整形，然后變換成所需要的脈沖信號。

脈沖產(chǎn)生電路能夠直接產(chǎn)生矩形脈沖或方波，它由開關(guān)元件（或開關(guān)電路）和惰性電路組成，開關(guān)元件的通斷使電路實現(xiàn)不同狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，而惰性電路則用來控制暫態(tài)變化過程的快慢。圖7.1.3是典型的暫態(tài)電路，其中K為開關(guān)（可以是電子開關(guān)）設(shè)初始時刻（）開關(guān)K與端點a相連，開關(guān)接通瞬間電容器兩端電壓不能突變，滿足開關(guān)定理，此時電源通過電阻向電容充電，若，則電容兩端電壓隨時間的變化曲線如圖7.1.4（a）所示。電阻兩端隨時間變化曲線如圖7.1.4（b）所示。經(jīng)過足夠長的時間后，暫態(tài)過程結(jié)束，流過電容

的電流，電容相當(dāng)于開路，，。電路的時間常數(shù)決定了暫態(tài)時間的長短。根據(jù)三要素公式，可以得到暫態(tài)電路中電壓（或電流）隨時間變化的方程

                   （7.1.1）

式中的可以是或，比如對，只要知道了、和三個參數(shù)（三要素）的值，由式（7.1.1）就完全確定。由圖7.1.4（a）所示為隨時間變化曲線，若是和之間的某一轉(zhuǎn)換值，那么從暫態(tài)過程的初始值變到所經(jīng)歷的時間可用下式計算

                       （7.1.2）

對圖7.1.3所示的電路，在電容充滿電（）的某個時刻開關(guān)K由a投向b，電容器兩端電壓不能突變，隨時間的變化曲線如圖7.1.4（b）所示。圖7.1.3所示電路中的開關(guān)K由a端投向b端或由b端投向a端，電路均會從一個狀態(tài)過渡到另一個狀態(tài)，利用惰性電路的這種特性使電路從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)就可獲取我們所需的脈沖波形。也可以由三要素公式確定其變化方程。

典型的矩形脈沖產(chǎn)生電路有雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩電路三種類型。

雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路是有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，兩個穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)換都需要在外加觸發(fā)脈沖的推動下才能完成。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，另一個是暫時穩(wěn)定狀態(tài)，從穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到暫穩(wěn)態(tài)時必須由外加觸發(fā)信號觸發(fā)，由暫穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到穩(wěn)定態(tài)是由電路自身完成的。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間取決于電路本身的參數(shù)。

多諧振蕩電路能夠自激產(chǎn)生脈沖波形，它的狀態(tài)轉(zhuǎn)換不需要外加觸發(fā)信號觸發(fā)，而完全由電路自身完成。因此它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。

脈沖整形電路能夠?qū)⑵渌螤畹男盘?，如正弦波、三角波和一些不?guī)則的波形變換成矩形脈沖。常用的整形電路有二極管限幅電路，各種類型的整流電路和施密特觸發(fā)器。本章主要介紹由555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器，它有兩個觸發(fā)電平，當(dāng)輸入信號達到某一額定值時，電路從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個狀態(tài)，屬于電平觸發(fā)的雙穩(wěn)態(tài)電路。施密特觸發(fā)器能將變化緩慢的輸入信號變換成數(shù)字電路所需的矩形脈沖信號。