脉冲电路PWM调制.ppt

脉冲电路 脉冲就是在极短时间内出现的电压或电流的变化。它可以是周期性地重复出现，也可以不定期地出现。 脉冲可分为两大类：一类是视频脉冲，或是先单调地上升，然后单调地下降，称为正脉冲，或是先下降，后上升称为负脉冲；另一类是射频脉冲，在极短时间内出现的高频振荡。这两类脉冲在医学仪器中都有广泛的应用。 主要内容 第一节 脉冲电路的基本知识 第二节 晶体管反相器 第三节 脉冲发生器 第四节 脉冲的整形与鉴别 第五节 脉冲的调制与解调 第一节 脉冲电路的基本知识 一. 脉冲的主要参数 上图是几种脉冲的波形：尖形脉冲、梯形脉冲、实际尖脉冲和矩形脉冲。 神经放电脉冲和核医学中的γ射线转换的脉冲都接近尖脉冲，前者的宽度为数十毫秒，后者的宽度不到1微秒，而且都是前沿比后沿陡峭得多。 二. RC分压电路 在脉冲电路中，常常要将脉冲信号经过电阻分压后传输到下一级，而在下一级电路中存在着各种形式的电容，这就相当于在输出端接上一个等效电容Co，如图(a)所示。而Co对输出波形的影响如图(b)所示。 为了克服这一缺点，改善输出波形，使输出电压能紧跟随输入电压一起上跳变。所采取的措施是在电阻R1上并联一个电容Cj，构成图示的电路，Cj称为加速电容。 如果选择合适的Cj值，就可以克服等效电容Co的影响，使输出波形紧跟输入波形一起上跳变。 当输入电压Ui突然上跳时，输出电压由Cj和Co的分压决定。输出电压为： 此电路称为RC分压电路，亦称脉冲分压电路。在电路中，只要Cj取值合适，保证RC分压比例成立，就是两段电路的时间常数相同，即R1Cj=R2Co，Cj加快输出电压的改变，就可以改善输出波形。但由于Co实际是很难预测的，必须通过实验测试来确定Cj的最佳值。若Cj太小，加速作用不足，输出波形的边沿仍不好；若Cj过大，加速作用过强，压倒了Co的延缓作用，输出波形出现超过稳态值的尖顶过冲，如图所示。 三. 脉冲的微分 可见，在RC电路输入端输入一矩形脉冲波时，在输出端得到一对正、负尖脉冲，它们分别对应输入矩形波的上升沿和下降沿。由于此RC电路的输出电压Uo只是反映了输入电压Ui的突变部分，而对于输入电压的恒定部分，输出为零。在数学中微分是反映变化的快慢，这就是说，Uo和Ui的微分近似成正比，因此该RC电路称为微分电路。 要获得尖脉冲，微分电路的参数必须满足τ=RCtw。 四. 计数率计电路—泵电路 在上图所示的积分电路中，积分电容C中积累的电量与单位时间、累积脉冲单向传输电量的输入脉冲数成正比，故称此电路为计数率计电路或泵电路，它被广泛应用在核医学中γ脉冲的计数率和监护仪中的心率等。 此电路中，由于Uo与n成正比的线性范围受到条件nRC11的限制，则UoUm，输出电压较小，因此电路必须改进。 五. 削波、限幅与钳位 1. 削波电路 在心电波微分以后，我们只需正脉冲不需要负脉冲，这就要通过一定的电路将不需要的负脉冲削去，这就是削波电路。 对串联削波电路，正脉冲时二极管导通，负脉冲时二极管截止，电路输出正脉冲，将负脉冲削去；对并联削波电路，负脉冲时二极管导通，全部电压降落在电阻R上，输出接近于零，正脉冲时二极管截止，信号通过电阻R传输，输出为正脉冲，将负脉冲削去。 由于二极管的导通压降和结电容以及负载电容的影响，输出的正脉冲幅度将稍微减小，前后沿都被延长，负脉冲也有少量传输，所以在实际使用时，应注意选择结电容小、恢复时间短、正向电阻尽可能小、反向电阻尽可能大的二极管，否则不能达到削波效果。 2. 限幅电路 可以实现将幅度过大的脉冲顶部削平，将顶部不平稳的脉冲削成平顶的波形。右图(a)是二极管削波和限幅电路，(b)是用稳压管代替两个二极管的限幅电路，可同时起到削波和限幅的作用，限制的幅度由稳压管的工作电压决定。 在这两个电路中，R对于该电路的限幅波形质量有一定影响，所以R的选择既要考虑到信号的损耗，又不能使信号源的负载过重。 3. 钳位电路 当输入电压如图所示时，电容通过电阻R充电，由于电阻值较大，充电缓慢，Uo下降极微；而电容放电却经过二极管D，因D正向电阻很小，电容放电迅速，输出电压不可能达到负值，如图所示，于是输出信号的零电平就被钳在零电平线上。这种钳位叫做正脉冲底部钳位。该电路又称为零电平底部钳位器。 第二节 晶体管反相器 一. 晶体三极管的开关特性 晶体三极管不仅有放大作用，而且还有开关作用。在脉冲数字电路中就是利用三极管的开关作用。