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1、,维纳斯培训计划,第十一讲脉冲振荡电路与脉冲宽度调制原理主讲人：方锐桂,物理与电子工程系创新活动中心,1、脉冲信号和脉冲电路2、双管脉冲电路3、脉冲宽度调制原理4、实验电路,脉冲振荡电路与脉冲宽度调制原理,脉冲信号和脉冲电路,所谓脉冲信号是指在短暂的时间间隔内作用于电路的电压或电流。广义地讲，凡是不连续出现的电压或电流都称为脉冲信号。从信号波形来说，除了正弦波和若干个正弦分量合成的连续波以外，都可以称为脉冲波。常见的脉冲信号波形如下图所示。,脉冲电路主要研究脉冲的产生、变换、整形等着重分析输入、输出波形的形状、幅度及频率等。,二极管限幅器,串联限幅器,并联限幅器,二极管钳位器,所谓钳位，就是把
2、输入电压变成峰值钳制在某一预定的电平上的输出电压，而不改变信号。,原理：当二极管在输入信号的作用下导通时电阻很小，截止时电阻很大，因而改变了电容充、放电的时问常数，使输出信号的顶部或底部被钳位在零电平上(这种钳位称为峰值钳位)。由输出信号可知，经过钳位以后，RC电路原有的渐移现象被限制在信号的第一个周期内，只是第一个脉冲失真。二极管钳位器的两个参数是钳位极性和钳位电平。改变二极管的接法，就可以改变钳位极性，在输出端支路中接入适当电源，就可以调整钳位电平。,最简单的钳位电路是在RC耦合电路的输出端(电阻R两端)并联一个二极管(称钳位管)，如图2-61所示，它是利用二极管的单向导电性，使电容的充电
3、速度远高于放电速度，让电容电压不变来实现钳位的。,应用：钳位器能将信号经RC耦合电路后失去的直流成分再恢复起来，因此常用来作直流恢复器。,常见应用电路,单稳态电路：未加触发脉冲i之前，电路一直保持VT1截止、VT2导通的稳定状态，而输入一个负脉冲之后，电路状态发生翻转，即VT1导通、VT2截止。但是，这个状态是不稳定的，过了一段时间之后，它便自动地回到原来的稳定状态，这就是说，它只有一个稳定状态，另一个状态是暂稳态。,无稳态电路：电源接通以后，由于两个放大器的电路参数不可能完全相同，所以VT1和VT2的导通程度不可能完全一致。假设VT1的导通能力稍强一些，VT1的集电极电流IC1稍微增加一点则
4、立即引起正反馈过程,使电路迅速进入VT1饱和、VT2截止的暂稳态。此时，电容C1经VT1集电极、RB2放电，电源VCC经RC2和VT1发射极给电容C2充电。随着C1的放电，VT2的基极电位VB2逐渐升高直至VT2开始导通，这时会马上出现另一个正反馈过程,使电路迅速进入VT1截止、VT2饱和的另一个暂稳态。经过一定时间又变成VT1导通、VT2截止的暂稳态。如此周期性地翻转，而没有稳定状态，故称其为无稳态电路。,施密特触发器,特点：将变化缓慢的输入信号转换为矩形 脉冲。,两只晶体管的发射极连接在一起。该电路也有两个稳定状态，但它是靠电位触发的。它的两个稳态分别为VTl饱和、VT2截止与VT2饱和、
5、VT1截止。两个稳态的相互转换取决于输入信号的大小，当输入信号电位达到接通电位且维持在大于接通电位时，电路保持为某一稳态；如果输人信号电位降到断开电位且维持在小于断开电位时，电路迅速翻转且保持在另一状态，该电路常用于电位鉴别、幅度鉴别以及对任意波形进行整形。,利用其回差电压来提高电路的抗干扰能力。,它是由两级直流放大器组成，电路如图2-64所示。,特点：（1）两管同时导通或同时截止。（2）一端输出波形为陡上升慢下降，另一端输出波形为陡下降慢上升，因此，两端输出通过微分后，就获得一对极性要相反而又十分陡直的尖脉冲。注意：这种电路引起电源功率波动较大，因为当两管从截止转至导通时，电流从零增至某数值
6、。,一、互补管双稳态电路 互补管双稳态电路见图1（a）。当接通电源后，若无触发信号作用，由于集极电流极小，Rc1、Rc2的端电 压供电给两管的偏流也很小，故两管都截止，电路处于一种稳定状态。,双管脉冲电路,很快地使两管饱和导通，处于另一稳定状态，电容C1是加速电容，由图1（b）可见，uc1从Ec陡直地下降至零，而Uc2却从零陡直地上升至Ec。,当触发脉冲作用下，设BG1由截止转入放大，并产生下述的雪崩式正反馈过程,要使状态回到原来的稳态，必须供给BG1或BG2的基极一个负尖脉冲，正反馈的翻转过程与上述类似，电路图1（C）是单端输出电路，图2是另一类互补双稳电路，它直接从普通的双稳电路转变过来。
7、,互补管多谐振荡电路见图3。该电路仍然由两级集基阻容耦合的倒相器组成，当电路接通电源时，两管不能马上导通，因为CA、CB的充电路径是：EcR2CARc1；CB的充电路径是：EcRc2CBR1.当CA和CB充电到一定数值后，UCA、UCB作为两管基极回路的正向偏置电压，使Ib1、Ib2增加，由于正反馈的作用，很快地使BG1、BG2饱和，这是一种暂稳态饱和,二、互补管多谐振荡电路,一开始，CA经Rb2、BG2的发射结构及电阻Rc1放电（CA放完电后，又被Uc1反向对CA充电，这时，UcA为左正右负）而CB通过Rc2、BG1的的发射结及Rb1放电，随着CA、CB放电过程，Ube1不断增加，而Ube2
8、不断减小，直至两管由饱和退至放大状态，从而引起下列“雪崩”式的正反馈：,结果使BG1、BG2截止，接着CA、CB又进行充电，如此重复。就可获得如图3（b）的输出脉冲波，设电路对称，即CA=CB=C，Rb1=Rb2=Rb,R1=R2=R,Rc1=Rc2=Rc脉冲宽度为：t1=c(Rb+rbe)InEc/Ubes+(Ec/Rb)Rct20.7Rc选择晶体管的应满足RbRc，根据图3（a）电路的参数可算出t1=10毫秒，t2=750毫秒，占空比(t1/t2)=75.,正反馈连锁反应的结果，使BG1、BG2均截止，此为暂稳态。此时C通过R2、R4及电源放电，放电完后又进入两管饱和的稳定状态。二极管D是
9、防止C的电压击穿BG1的基-射结，脉冲宽度为：tr=0.7(R2+R4)C图4（b）为常态时两管截止的互补单稳态电路,三、其他的互补管脉冲电路,其他的互补管脉冲电路有以下三种。1、互补管单稳态电路图4示出两种形式的互补管单稳态电路，图4（b）为常态时两管饱和的互补管单稳态电路。,当满足条件，R21/R1及R32/R4时电路处于两管饱和的稳态，当负BG1退出饱和，且引起反应,Uc1Ub2Uc2Ub1。,图5为互补管施密特触发器，本电路是依靠直流电位触发的施密特电路，在工作过程中。两管同时饱和或同时截止。当ui处于低电平时，由ui和-Eb所引起的ub1为负值，BG1截止，又因R3无电源，所以BG2
10、也截止，处于一种稳定状态。,2、互补管施密特触发器,互补管的锯齿波电路,图6为互补管的锯齿波电路，这是自激式互补的锯齿波电路，其中由BG1、BG2组成开关器，以控制定时电容C的充放电，BG3为恒流管。当BG1、BG2均截时，恒流Ic3对C充电（极性如图6所示）输出电压uo随时间线性下降，这是扫描电压的正程，当电容电压Uc下降到BG2的导通阀电压时，BG2开始导通，BG1、BG2经过正反馈连锁反应时到达了饱和状态，此时C经过BG1、BG2一直停留在饱和状态而不返回到截止状态。,PWM控制的基本思想,1）重要理论基础面积等效原理,冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。,
11、PWM控制的基本思想,b),图 冲量相等的各种窄脉冲的响应波形,具体的实例说明“面积等效原理”,a）,u(t)电压窄脉冲，是电路的输入。i(t)输出电流，是电路的响应。,PWM控制的基本思想,如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,PWM控制的基本思想,若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。,SPWM波,如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,PWM控制的基本思想,对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：,根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。,PWM控制的基
12、本思想,PWM控制的基本思想,2）PWM电流波 电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。,PWM相关概念,占空比：就是输出的PWM中，高电平保持的时间 与 该PWM的时钟周期的时间 之比如，一个PWM的频率是1000Hz，那么它的时钟周期就是1ms，就是1000us，如果高电平出现的时间是200us，那么低电平的时间肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是说PWM的占空比就是1：5。分辨率也就是占空比最小能达到多少，如8位的PWM，理论的分辨率就是1：255(单斜率)，16位的的PWM理论就是1：65535(单斜率)。,频率就是这样的，如16位的PWM，它的分辨率
13、达到了1：65535，要达到这个分辨率，T/C就必须从0计数到65535才能达到，如果计数从 0计到80之后又从0开始计到80.，那么它的分辨率最小就是1：80了，但是，它也快了，也就是说PWM的输出频率高了。,假设一个PWM从0计数到80，之后又从0计数到80.这个就是单斜率。假设一个PWM从0计数到80，之后是从80计数到0.这个就是双斜率。可见，双斜率的计数时间多了一倍，所以输出的PWM频率就慢了一半，但是分辨率却是1：(80+80)1：160，就是提高了一倍。假设PWM是单斜率，设定最高计数是80，我们再设定一个比较值是10，那么T/C从0计数到10时(这时计数器还是一直往上计数，直到计数到设定值80)，单片机就会根据你的设定，控制某个IO口在这个时候是输出1还是输出0还是端口取反，这样，就是PWM的最基本的原理了。,单斜率 双斜率,作业,对SPWM的理解单稳态电路无稳态振荡电路,完,谢谢大家,
