脈沖與數(shù)字電路課程學(xué)習(xí)方法

李國勇

（河池市職業(yè)教育中心學(xué)校，廣西 河池 547000）

脈沖與數(shù)字電路課程學(xué)習(xí)方法

李國勇

（河池市職業(yè)教育中心學(xué)校，廣西 河池 547000）

《脈沖與數(shù)字電路》是電子工程各專業(yè)開設(shè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，主要內(nèi)容包括脈沖的產(chǎn)生、整形、變換、傳輸、控制、記憶、計數(shù)及顯示等，掌握RC電路的分析方法，這對學(xué)習(xí)其它的脈沖產(chǎn)生、變換電路原理分析，具有十分重要的借鑒意義。

脈沖與數(shù)字電路；RC電路；分析方法；波形圖

《脈沖與數(shù)字電路》是電子工程各專業(yè)開設(shè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，主要內(nèi)容包括脈沖的產(chǎn)生、整形、變換、傳輸、控制、記憶、計數(shù)及顯示等，其中對于脈沖的產(chǎn)生、變換（即輸入、輸出的波形變化的形狀和幅度）部分，許多人感到難學(xué)，因?yàn)橐獙λM(jìn)行微觀的分析(即需對電容的畫出充放電進(jìn)行分析)，而這一分析過程往往使人顧此失彼，出現(xiàn)一些錯誤。

在具體分析脈沖電路中發(fā)現(xiàn)：脈沖波形的產(chǎn)生和變換，在很大程度上取決于線性網(wǎng)絡(luò)（一般指RC電路)的過渡過程，即電路中電容的充放電過程。電容充放電具有惰性（即電容充放電瞬間電容兩端的電壓不能突變），電容的充放電過程是呈指數(shù)規(guī)律變化曲線，其充放電速度取決于電容充放電的時間常數(shù)。只要把握了電容的這一特點(diǎn)，那么在畫任何一種RC電路輸出波形時，都能歸納出一種分析方法，從而像套公式一樣輕輕松松、準(zhǔn)確地畫出波形圖。如圖 1所示微分電路和輸入波形，如何畫出其輸出波形。按一般的分析方法，作圖過程如下：

當(dāng) t=t1時 ui=0，u0=0；當(dāng) t＜t1瞬間，ui由 0上跳變?yōu)?V，因?yàn)殡娙蓦妷翰煌蛔?，uc=0，輸入電壓全部加在電阻 R上，使輸出電壓u0也由0上跳變?yōu)?V。在t1＜t＜t2期間，電容C充電，由于RC?T∞，電容電壓很快充電到5V，輸出電壓u0=ui-uc迅速降為0V。在t=t2瞬間，ui由5V跳回到0，這時電容C充有左正右負(fù)，大小為5V的電壓。由于uc不能突變，uc=5V，所以輸出電壓u0=ui-uc=0-5V，即u0由0負(fù)跳變?yōu)?5V。在 t2＜t＜t3期間，C放電，由于 RC?T∞，電容很快放電為0，輸出電壓u0=ui-uc迅速上為0V。當(dāng)t=t3以后電路重復(fù)上述過程，輸出波形見圖1。

這樣分析起來較繁雜，依據(jù)RC電路充放電的本質(zhì)特征，可以歸納出一種很簡潔的分析方法來的：微分電路輸入輸出波形跳變的幅度相同。電容充放電很快結(jié)束（因?yàn)镽C ?T∞）電容充放電過程呈指數(shù)規(guī)律變化即此過程為指數(shù)曲線。如圖2所示，為一微分電路的輸入波形，試畫出其輸出波形。顯然如果按一般的分析方法來畫輸出波形，肯定是較繁雜的，因?yàn)檩斎氩ㄐ卧谀骋凰查g由正電壓跳變?yōu)樨?fù)電壓，又由負(fù)電壓跳為正電壓。在此過程電容既要充電又要放電，如果采用上述歸納的方法，則可快速準(zhǔn)確地畫出輸出波形。過程如下：t=0瞬間輸入電壓由0上跳為5V，故輸出電壓u0也由0上跳為 5V。t為 0～t1瞬間，輸入電壓由+5V下跳為-5V，變化幅度為10V，故輸出電壓由0V下跳為-10V。t=t1瞬間，輸入電壓由+5 下跳變?yōu)?5V，變化幅度為10V，故輸出電壓為OV下跳為-10V。t為t1～t2期間，輸入電壓保持一5V不變，電容C充放電很快結(jié)束，故u=0 ，中間變化為指數(shù)曲線。t=t2瞬間，輸入電壓由-5V上跳為+5V，變化幅度為 10V，故輸出電壓 u=+10V 。t為 t2～t3期間，電容 C充放電很快結(jié)束，uo=0V 。t3以后的過程與前述過程重復(fù)。由以上分析可看出，運(yùn)用歸納的方法來畫輸出波形，避免了分析電容充、放電多少這一微觀的分析過程，從而大大地降低了分析問題的難度，這對于職業(yè)院校層次的教學(xué)是非常有利的。

同樣，在畫二極管箝位電路輸出波形時，也可以依據(jù)箝位電路的本質(zhì)歸納出一種分析方法。二極管箝位電路本質(zhì)是利用二極管的形狀特征，將輸入脈沖波形的頂部或底部鉗制到所需要的電平上，而保持信號波形不變。從箝位器的電路結(jié)構(gòu)來看，箝位器實(shí)際上是由耦合電路和微分電路組成的。當(dāng)二極管導(dǎo)通時箝位器就是一個微分電路。根據(jù)箝位器的本質(zhì)特征，可以歸納出如下分析方法：確定起始值：輸入輸出波形變化幅度相同。確定中間變化曲線：當(dāng)二極管導(dǎo)通時為微分波形；當(dāng)二極管截止時為耦合波形。確定終了值：箝位波形始終是以箝位電平為基準(zhǔn)來向上或向下跳變的。例如試畫出下圖3箝位器的輸出波形，設(shè)uc（0）=0V，作圖過程如下：t=0瞬間輸入脈沖由0V上跳為5V，故輸出脈沖波形也上跳為5V。在t為0-t1期間D導(dǎo)通，故此段為微分波形，最終回到箝位電平3V上。在t=t1瞬間輸入波形由+5V下跳為-5V。變化幅度為10V，故輸出波形u0=-7V 。在t為t1-t2期間，D截止，輸出波形為耦合波形。在t=t2瞬間，輸入波形上跳為+5V，變化幅度為10V，故輸出波形也上跳幅為10V， u0=（3+Δ）V。以后的過程重復(fù)上述過程。

任何一個RC脈沖電路，都能歸納出一種簡潔的分析方法，非常方便地將輸出波形畫出來，更加突出了知識的掌握和運(yùn)用，又避免了繁雜的理論分析，對學(xué)習(xí)其它的脈沖產(chǎn)生、變換電路原理分析，具有十分重要的借鑒意義。

[1] 徐新燕.數(shù)字與脈沖電路[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001.9.

[2] 王芳建.脈沖與數(shù)字電路——高職高專教材[M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,2005.01.

[3] 王素霞.談《脈沖與數(shù)字電路》教學(xué)[J].濮陽教育學(xué)院學(xué)報,1997(1).

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1008-1151(2011)06-0155-01

2011-04-11

李國勇（1971－），男，湖南寧遠(yuǎn)人，河池市職業(yè)教育中心學(xué)校數(shù)模教研組組長，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)電、數(shù)控技術(shù)教育。