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        脈沖與數(shù)字電路課程學習方法

        2011-10-21 06:05:34李國勇
        大眾科技 2011年6期
        關鍵詞:箝位數(shù)字電路分析方法

        李國勇

        (河池市職業(yè)教育中心學校,廣西 河池 547000)

        脈沖與數(shù)字電路課程學習方法

        李國勇

        (河池市職業(yè)教育中心學校,廣西 河池 547000)

        《脈沖與數(shù)字電路》是電子工程各專業(yè)開設的一門技術基礎課,主要內容包括脈沖的產生、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,這對學習其它的脈沖產生、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)開設的一門技術基礎課,主要內容包括脈沖的產生、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,因為要對它進行微觀的分析(即需對電容的畫出充放電進行分析),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):脈沖波形的產生和變換,在很大程度上取決于線性網絡(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,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 t=t1時 ui=0,u0=0;當 t<t1瞬間,ui由 0上跳變?yōu)?V,因為電容電壓不突變,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,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t=t3以后電路重復上述過程,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。電容充放電很快結束(因為RC ?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,因為輸入波形在某一瞬間由正電壓跳變?yōu)樨撾妷?,又由負電壓跳為正電壓。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充放電很快結束,uo=0V 。t3以后的過程與前述過程重復。由以上分析可看出,運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)箝位電路的本質歸納出一種分析方法。二極管箝位電路本質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。從箝位器的電路結構來看,箝位器實際上是由耦合電路和微分電路組成的。當二極管導通時箝位器就是一個微分電路。根據(jù)箝位器的本質特征,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:當二極管導通時為微分波形;當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用,又避免了繁雜的理論分析,對學習其它的脈沖產生、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:天津科學技術出版社,2005.01.

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

        G420

        A

        1008-1151(2011)06-0155-01

        2011-04-11

        李國勇(1971-),男,湖南寧遠人,河池市職業(yè)教育中心學校數(shù)模教研組組長,講師,研究方向為機電、數(shù)控技術教育。

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