脈沖與數字電路課程學習方法

李國勇

（河池市職業教育中心學校，廣西 河池 547000）

脈沖與數字電路課程學習方法

李國勇

（河池市職業教育中心學校，廣西 河池 547000）

《脈沖與數字電路》是電子工程各專業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。

脈沖與數字電路；RC電路；分析方法；波形圖

《脈沖與數字電路》是電子工程各專業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，出現一些錯誤。

在具體分析脈沖電路中發現：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規律變化曲線，其充放電速度取決于電容充放電的時間常數。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上跳變為5V，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上跳變為5V。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負跳變為-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規律變化即此過程為指數曲線。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為負電壓，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 下跳變為-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.數字與脈沖電路[M].北京:電子工業出版社,2001.9.

[2] 王芳建.脈沖與數字電路——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《脈沖與數字電路》教學[J].濮陽教育學院學報,1997(1).

G420

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1008-1151(2011)06-0155-01

2011-04-11

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