脉冲与数字电路课程学习方法

李国勇

（河池市职业教育中心学校，广西 河池 547000）

脉冲与数字电路课程学习方法

李国勇

（河池市职业教育中心学校，广西 河池 547000）

《脉冲与数字电路》是电子工程各专业开设的一门技术基础课，主要内容包括脉冲的产生、整形、变换、传输、控制、记忆、计数及显示等，掌握RC电路的分析方法，这对学习其它的脉冲产生、变换电路原理分析，具有十分重要的借鉴意义。

脉冲与数字电路；RC电路；分析方法；波形图

《脉冲与数字电路》是电子工程各专业开设的一门技术基础课，主要内容包括脉冲的产生、整形、变换、传输、控制、记忆、计数及显示等，其中对于脉冲的产生、变换（即输入、输出的波形变化的形状和幅度）部分，许多人感到难学，因为要对它进行微观的分析(即需对电容的画出充放电进行分析)，而这一分析过程往往使人顾此失彼，出现一些错误。

在具体分析脉冲电路中发现：脉冲波形的产生和变换，在很大程度上取决于线性网络（一般指RC电路)的过渡过程，即电路中电容的充放电过程。电容充放电具有惰性（即电容充放电瞬间电容两端的电压不能突变），电容的充放电过程是呈指数规律变化曲线，其充放电速度取决于电容充放电的时间常数。只要把握了电容的这一特点，那么在画任何一种RC电路输出波形时，都能归纳出一种分析方法，从而像套公式一样轻轻松松、准确地画出波形图。如图 1所示微分电路和输入波形，如何画出其输出波形。按一般的分析方法，作图过程如下：

当 t=t1时 ui=0，u0=0；当 t＜t1瞬间，ui由 0上跳变为5V，因为电容电压不突变，uc=0，输入电压全部加在电阻 R上，使输出电压u0也由0上跳变为5V。在t1＜t＜t2期间，电容C充电，由于RC«T∞，电容电压很快充电到5V，输出电压u0=ui-uc迅速降为0V。在t=t2瞬间，ui由5V跳回到0，这时电容C充有左正右负，大小为5V的电压。由于uc不能突变，uc=5V，所以输出电压u0=ui-uc=0-5V，即u0由0负跳变为-5V。在 t2＜t＜t3期间，C放电，由于 RC«T∞，电容很快放电为0，输出电压u0=ui-uc迅速上为0V。当t=t3以后电路重复上述过程，输出波形见图1。

这样分析起来较繁杂，依据RC电路充放电的本质特征，可以归纳出一种很简洁的分析方法来的：微分电路输入输出波形跳变的幅度相同。电容充放电很快结束（因为RC «T∞）电容充放电过程呈指数规律变化即此过程为指数曲线。如图2所示，为一微分电路的输入波形，试画出其输出波形。显然如果按一般的分析方法来画输出波形，肯定是较繁杂的，因为输入波形在某一瞬间由正电压跳变为负电压，又由负电压跳为正电压。在此过程电容既要充电又要放电，如果采用上述归纳的方法，则可快速准确地画出输出波形。过程如下：t=0瞬间输入电压由0上跳为5V，故输出电压u0也由0上跳为 5V。t为 0～t1瞬间，输入电压由+5V下跳为-5V，变化幅度为10V，故输出电压由0V下跳为-10V。t=t1瞬间，输入电压由+5 下跳变为-5V，变化幅度为10V，故输出电压为OV下跳为-10V。t为t1～t2期间，输入电压保持一5V不变，电容C充放电很快结束，故u=0 ，中间变化为指数曲线。t=t2瞬间，输入电压由-5V上跳为+5V，变化幅度为 10V，故输出电压 u=+10V 。t为 t2～t3期间，电容 C充放电很快结束，uo=0V 。t3以后的过程与前述过程重复。由以上分析可看出，运用归纳的方法来画输出波形，避免了分析电容充、放电多少这一微观的分析过程，从而大大地降低了分析问题的难度，这对于职业院校层次的教学是非常有利的。

同样，在画二极管箝位电路输出波形时，也可以依据箝位电路的本质归纳出一种分析方法。二极管箝位电路本质是利用二极管的形状特征，将输入脉冲波形的顶部或底部钳制到所需要的电平上，而保持信号波形不变。从箝位器的电路结构来看，箝位器实际上是由耦合电路和微分电路组成的。当二极管导通时箝位器就是一个微分电路。根据箝位器的本质特征，可以归纳出如下分析方法：确定起始值：输入输出波形变化幅度相同。确定中间变化曲线：当二极管导通时为微分波形；当二极管截止时为耦合波形。确定终了值：箝位波形始终是以箝位电平为基准来向上或向下跳变的。例如试画出下图3箝位器的输出波形，设uc（0）=0V，作图过程如下：t=0瞬间输入脉冲由0V上跳为5V，故输出脉冲波形也上跳为5V。在t为0-t1期间D导通，故此段为微分波形，最终回到箝位电平3V上。在t=t1瞬间输入波形由+5V下跳为-5V。变化幅度为10V，故输出波形u0=-7V 。在t为t1-t2期间，D截止，输出波形为耦合波形。在t=t2瞬间，输入波形上跳为+5V，变化幅度为10V，故输出波形也上跳幅为10V， u0=（3+Δ）V。以后的过程重复上述过程。

任何一个RC脉冲电路，都能归纳出一种简洁的分析方法，非常方便地将输出波形画出来，更加突出了知识的掌握和运用，又避免了繁杂的理论分析，对学习其它的脉冲产生、变换电路原理分析，具有十分重要的借鉴意义。

[1] 徐新燕.数字与脉冲电路[M].北京:电子工业出版社,2001.9.

[2] 王芳建.脉冲与数字电路——高职高专教材[M].天津:天津科学技术出版社,2005.01.

[3] 王素霞.谈《脉冲与数字电路》教学[J].濮阳教育学院学报,1997(1).

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1008-1151(2011)06-0155-01

2011-04-11

李国勇（1971－），男，湖南宁远人，河池市职业教育中心学校数模教研组组长，讲师，研究方向为机电、数控技术教育。