脈沖技術

在沒有激勵條件下產(chǎn)生脈沖波的電路。矩形脈沖可以用晶體管、場效應管作開關，用電容器或電感器作惰性元件構成的自激多諧振蕩器產(chǎn)生。電路型式有集電極一基極耦合、射極耦合多諧振蕩器等。以脈沖變壓器作反饋元件的間歇振蕩器可產(chǎn)生占空比很小的窄脈沖。采用負阻器件，如隧道二極管、單結晶體管、可控硅開關管等也可構成自激多諧振蕩電路。隨著集成電路的發(fā)展，這類分立元件的電路由于設計調整比較麻煩，已經(jīng)較少采用了。

采用集成邏輯門和RC充放電電路構成的自激多諧振蕩器，電路比較簡單。圖3（a）和（b）所示的為由兩個非門及電容器組成的正反饋電路構成的對稱式和不對稱式多諧振蕩器電路，其振蕩頻率由RC決定。在對振蕩頻率穩(wěn)定度指標要求較高的場合，可將石英晶體與上述電路中的耦合電容串聯(lián)，組成石英晶體多諧振蕩器。電路的振蕩頻率等于石英晶體的諧振頻率。帶有RC延時環(huán)節(jié)的環(huán)型振蕩器電路如圖3（c）所示，其振蕩頻率也與RC有關。如用電位器代替圖中的電阻R，則可構成頻率范圍可調的矩形波發(fā)生器。

矩形脈沖也可由運算放大器、施密特觸發(fā)器或555定時器等集成電路構成的多諧振蕩器產(chǎn)生。

3. 脈沖波形變換

通過系統(tǒng)使給定的輸入信號波形變換為特定的輸出波形的過程。包括線性變換和非線性變換兩大類。

脈沖波形的非線性變換電路是對輸入信號進行限幅、鉗位、整形、分頻等各種處理的電路。最簡單的非線性變換電路有采用二極管、三極管等開關元件實現(xiàn)的限幅器和鉗位電路。前者是對脈沖信號的幅度進行切割，將幅度高于或低于某一電平的部分波形“切除”。后者是將脈沖信號的某個電平固定到指定值上，而波形不變，使信號保持一固定的直流電平。

常見的線性變換電路有由電阻R和電容C組成的微分電路和積分電路。如果將方波信號加到微分電路的輸入端，則可將脈沖電壓的跳變沿取出，得到如圖1（c）所示的尖頂波。這種脈沖可用作電路的觸發(fā)脈沖。如果將方波信號加到積分電路的輸入端，則可得到三角波。

常見的線性波形變換電路有微分電路和積分電路(圖2)。如果把圖1a的方波電壓加到圖2a微分電路的輸入端，則輸出波將是圖1d。這種微分電路可以把脈沖波形的跳變沿取出作為觸發(fā)脈沖，在時間的準確性上它與原輸入脈沖相同。如果把圖1a的方波電壓加到圖2b積分電路的輸入端，則輸出波形將是圖1c。另外還有非線性波形變換電路。例如，使圖1d的電壓波形通過單向導電的二極管，可獲得單方向（單極性）的尖頂觸發(fā)脈沖。把正弦波送給施密特觸發(fā)電路可得到矩形波輸出（見觸發(fā)器）。用矩形波選通一個晶體管控制的RC充放電電路，便能得到鋸齒電壓波。

脈沖波產(chǎn)生電路含有晶體管和電容器或電感器。晶體管用作開關，它的通、斷可以改變電路的工作狀態(tài)。電容、電感用作惰性元件，可以形成電路中的暫態(tài)特性。例如能產(chǎn)生矩形波或方波的無穩(wěn)態(tài)自激多諧振蕩器，需要外觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，能產(chǎn)生鋸齒波的鋸齒波發(fā)生器和占空比很大的窄脈沖間歇振蕩器都屬于這類電路。它們可以完成諸如同步、分頻、計數(shù)、移位寄存、電壓比較、延時、掃描、模-數(shù)和數(shù)-模轉換、選通、脈沖編碼等功能。

脈沖技術（pulse techniques）是脈沖信號產(chǎn)生和波形變換的技術。是指在某一時間內(nèi)有突變的電壓或電流。從廣義上講，圖1所示的矩形波、方波、尖頂波、鋸齒波、三角波、階梯波等非正弦波信號都是脈沖信號。

最常見的脈沖電壓波形是矩形波。理想矩形波的突變部分是瞬時的跳變。實際電路中，脈沖電壓從零值跳變到最大值，或從最大值跳變到零值時，都需要經(jīng)歷一定的時間。圖2是實際的矩形脈沖波形圖。為了定量

描述矩形脈沖的特性，經(jīng)常使用圖2中所標注的主要參數(shù)：①U_m是脈沖信號的幅度；②t_r是脈沖信號的上升時間，又稱上升沿或前沿，是指脈沖信號由0.lU_m上升至0.9U_m時所需要的時間；③t_f是脈沖信號的下降時間，又稱下降沿或后沿，是指脈沖信號由0.9U_m下降至0.1U_m所需要的時間；④t_w是脈沖信號的持續(xù)時間，又稱脈寬，是指從脈沖前沿上升到0.51U_m起，到脈沖后沿下降到0.5U_m為止的時間間隔；⑤T是脈沖信號的重復周期。將脈沖寬度t_w與脈沖重復周期T的比值，定義為占空比q。圖1（b）中的方波信號就是占空比為50%的矩形脈沖。其它各種型式的脈沖信號，也常根據(jù)其波形的特點，采用一些特殊含義的參數(shù)來描述，如鋸齒波信號，可用非線性系數(shù)來衡量其正程內(nèi)的線性程度等。

脈沖信號的變換、產(chǎn)生和應用的技術。脈沖信號的波形在某一時間內(nèi)有突發(fā)性和斷續(xù)性的特點，幾種理想的脈沖信號波形如圖1。矩形脈沖的系數(shù)可用脈沖波的周期T、 寬度τ、前沿tr、后沿tf、幅度Um和波頂下垂量δ來表示。脈沖技術已廣泛應用于電子計算機、通信、雷達、電視、自動控制、遙測遙控、無線電導航和測量技術等領域。

脈沖技術中廣泛應用的非線性變換電路還有施密特觖發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等。采用施密特觸發(fā)器可以將正弦波、三角波等任意波形的輸入信號變換成邊沿陡峭的矩形脈沖。采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以形成以輸入脈沖的某一邊沿（上升沿或下降沿）作時間基準的特定脈寬的信號。采用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器則可對輸入脈沖進行分頻，構成各種計數(shù)器、分頻器等等。

脈沖技術廣泛地應用于電子計算機、通信、雷達、電視、自動控制、遙測遙控、無線電導航、測量技術等各個領域，成為各種電子系統(tǒng)中的重要的組成部分。

1、由單次脈沖向重復的高平均功率脈沖發(fā)展。

過去脈沖功率技術主要為國防科研服務，并且大多是單次運行，而工業(yè)、民用的脈沖功率技術要求一定的平均功率，必須重復頻率工作。

2、儲能技術--研制高儲能密度的電源。

在很多應用場合下，脈沖功率系統(tǒng)的體積和重量的大小是決定性因素，如飛機探測水下物體技術、艦載電磁炮等，都要求產(chǎn)生很大的脈沖功率，而且系統(tǒng)又不能過于龐大和笨重。

3、開關技術--探討新的大功率開關和研制高重復頻率開關。

開關元件的參數(shù)直接影響整個脈沖功率系統(tǒng)的性能，是脈沖功率技術中一個重要的關鍵技術。具有耐高電壓強電流、擊穿時延短且分散性小、電感和電阻小、電極燒毀少以及能在重復的脈沖下穩(wěn)定工作的各種類型開關元件的研制，是當前國內(nèi)外脈沖功率技術中又一個十分受重視的研究課題。

4、積極開辟新的應用領域。

近年來，脈沖功率技術在半導體、集成電路、化工、環(huán)境工程、醫(yī)療等領域的應用研究，已引起各界的廣泛重視，而且在某些應用研究中，已取得了可喜的進展。憑借成功應用的經(jīng)驗，脈沖功率技術將更多地應用于民用技術方面，民用是一個巨大的市場，而市場的推動又必將給脈沖功率技術的發(fā)展帶來新的生機。脈沖功率技術是現(xiàn)代電力電子技術中的一項重要內(nèi)容，作為非平衡態(tài)等離子體中的重要方式，近年來逐漸被廣泛應用于環(huán)境工程領域內(nèi)，在處理環(huán)境污染的過程中，其具備高效、節(jié)能、清潔且便捷等優(yōu)勢，具有廣闊的應用前景。

脈沖功率技術指的是將低功率（電壓、電流）能量儲存在電場或磁場中，通過脈沖形成線和開關技術將其在時間尺度上壓縮，而將電壓、電流提高，以獲得極短脈沖的高峰值功率電磁能量并釋放到負載上去的一種能量壓縮技術。由此可見，脈沖功率裝置應該主要包括3大基本部分：低功率下的儲能部分——初級能源；脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)，即由低功率獲得高功率的變換部分——脈沖形成及壓縮系統(tǒng)；高功率負載——二極管系統(tǒng)。

脈沖功率裝置是相對論電子注器件不可分割的組成部分，它的性能直接影響著器件的輸出參數(shù)。

馬克斯發(fā)生器——脈沖形成線——二極管組合是一種最典型、使用最廣泛的脈沖功率裝置；采用直線脈沖變壓器或Tesla變壓器都可以替代馬克斯發(fā)生器產(chǎn)生初級高壓脈沖對脈沖形成線充電。直線脈沖變壓器的特點是電容器組的充電和放電過程都是并聯(lián)的，利用變壓比為1:1的脈沖變壓器使次級電壓因感應電壓疊加原理而與初級線圈電壓成N倍（N為初級線圈的個數(shù)）增長；Telsa變壓器簡單可靠，特別是它與同軸形成線在結構上一體化，十分緊湊，它還適合于重復頻率運行，但它難以獲得數(shù)兆伏電壓和大的儲能，因此適合中、小功率應用。

爆炸磁壓縮脈沖功率系統(tǒng)也是高功率微波中得到重要應用的一種高功率脈沖源，它可以在us量級的時間內(nèi)輸出MJ量級的能量。其最主要的缺點是只能一次性使用。