《脉冲振荡电路》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,VT,l,饱和、,VT2,截止与,VT2,饱和、,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。,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。,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,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,Rb,Rc,，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,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，,R2,1,/,R1,及,R3,2,/,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,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,。,冲量,窄脉冲的面积,效果基本相同,环节的输出响应波形基本相同,图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲,d),单位脉冲函数,f,(,t,),d,(,t,),t,O,a),矩形脉冲,b),三角形脉冲,c),正弦半波脉冲,t,O,t,O,t,O,f,(,t,),f,(,t,),f,(,t,),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。,O,u,t,SPWM波,PWM,控制的基本思想,O,u,t,如何用一系列,等幅不等宽的脉冲,来代替一个正弦半波,O,u,t,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。,O,u,t,SPWM波,O,u,t,如何用一系列,等幅不等宽的脉冲,来代替一个正弦半波,O,u,t,PWM,控制的基本思想,O,w,t,U,d,-U,d,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：,O,w,t,U,d,-,U,d,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,控制的基本思想,等,幅PWM波,输入电源是恒定直流,直流斩波电路,PWM逆变电路,PWM整流电路,不等幅PWM波,输入电源是交流或不是恒定的直流,斩控式交流调压电路,矩阵式变频电路,O,w,t,U,d,-,U,d,U,o,t,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波可等效的各种波形,直流斩波电路 直流波形,SPWM波 正弦波形,等效成其他所需波形，如:,所需波形,等效的PWM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,