常压空气亚微秒脉冲DBD高速摄影研究_李杰

　第２６卷第４期强激光与粒子束Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．４ ２０１４年４月ＨＩＧＨ　ＰＯＷＥＲ　ＬＡＳＥＲ　ＡＮＤ　ＰＡＲＴＩＣＬＥ　ＢＥＡＭＳ　Ａｐｒ．，２０１４　

常压空气亚微秒脉冲ＤＢＤ高速摄影研究＊李　杰１，２，　李　喜１，２，３，　谢宇彤１，２，　王　远１，２，　江孝国１，２，　龙继东１，２，　章林文１，２

（１．中国工程物理研究院流体物理研究所，四川绵阳６２１９００；　２．中国工程物理研究院脉冲功率科学与技术重点实验室，

四川绵阳６２１９００；　３．中国工程物理研究院研究生部，四川绵阳６２１９００）

摘　要：　为研究亚微秒脉冲激励常压空气介质阻挡放电（ＤＢＤ）时空演化规律，采用高速摄影相机（ＩＣ－

ＣＤ）在ｎｓ量级时间曝光范围内，分别在单次及连续放电（５００Ｈｚ）情况下研究放电等离子体的发光性质及放电

发展过程。结果表明：在亚微秒高压脉冲平行板结构放电条件下，起始阶段放电表现出不均匀性，随着电流增

大发光增强并变得均匀，在回路电流最强位置时放电达到均匀状态，并且放电均匀性在回路电流下降阶段明显

好于其上升沿阶段，放电发光强度与电流波形可以很好的吻合。在一定外界参数条件下，二次放电的存在受到

电源重复频率、电压幅值等参数的影响。在单次放电条件下可以明显观测到二次放电的存在，相较于一次放

电，二次放电更加均匀；连续状态放电模式下几乎观察不到二次放电。

关键词：　亚微秒脉冲；　介质阻挡放电；　高速摄影；　二次放电

中图分类号：　Ｏ４６１．２；　ＴＢ８７２ 文献标志码：　Ａ ｄｏｉ：１０．１１８８４／ＨＰＬＰＢ２０１４２６．０４５０３５

常压下大面积均匀稳定放电是低温等离子体产生研究的热点和难点［１－２］，介质阻挡放电（ＤＢＤ）能很容易地在常压下产生温度、密度适中的低温等离子体，所以介质阻挡放电在等离子体材料改性［１－４］、环境污染治理［５－６］、生物医学［７－９］等领域具有广泛的应用前景。常压空气中采用传统交流激励ＤＢＤ通常表现为丝状放电［２，５］，采用重复频率脉冲功率源可实现大气压下比较均匀的放电［１０－１１］，并且脉冲激励可以在较低能量损耗的情况下产生更高的电子密度、电流密度、峰值功率［１０］。

通常情况下，采用ｎｓ量级曝光时间尺度的高速摄影实验是对放电均匀性进行判定的最为有效手段［５，１０］。理想方波脉冲激励ＤＢＤ通常表现为两次放电：第一次放电在外加电压的上升沿，外加电压幅值逐渐上升至气隙击穿电压，导致气隙击穿产生放电；第二次放电通常发生在外加电压的下降沿，由于第一次放电在介质阻挡层上累积电荷，当外加脉冲电压下降足够快，累积电荷将在气隙两端形成方向相反、快速升高的电压，当反向的电压达到气隙击穿电压时又将引起第二次放电。惰性气体条件下，由于功率源电压幅值要求低，通常可以达到较好的上升和下降沿，在惰性气体或者混合了惰性气体激励ＤＢＤ的实验中比较容易观测到二次放电的存在。Ｌｕ等分别在常压氦气、氮气混合气体［１２］及氩气［１３］中采用脉冲激励ＤＢＤ从放电电流波形及高速摄影成像观测到二次放电的存在。Ｗａｌｓｈ等［１０］利用上升沿１０ｎｓ、脉宽６５ｎｓ的矩形脉冲和５ｋＨｚ重复频率在大气压空气中实现了均匀放电，获得了ＩＣＣＤ拍摄的１０ｎｓ曝光时间放电图像，从电流波形及ＩＣＣＤ发光图像观测到一个电压脉冲过程中的两次放电，并且通过高速摄影图像判定脉冲激励下的放电近似于辉光放电。邵涛等［１４］采用上升前沿１５ｎｓ、脉宽３０ｎｓ的类三角波高压脉冲激励常压空气ＤＢＤ得到了较为均匀的放电，放电电流脉冲存在明显的正负两个方向，但没有采用高速摄影实验进行验证；此后采用上升前沿４０ｎｓ、脉宽７０ｎｓ的高压脉冲激励常压空气ＤＢＤ，由于在频率较高条件下，电磁干扰严重，只能在５０Ｈｚ的较低重复频率开展高速摄影实验研究，结果表明纳秒脉冲ＤＢＤ存在二次放电［１５－１６］。

本文采用以氢闸流管为基础的重复频率高压亚微秒脉冲电源［１７］激励常压空气ＤＢＤ［１８］，分别开展了单次及５００Ｈｚ重复频率高速摄影实验研究，分析了亚微秒脉冲ＤＢＤ的放电发展过程，对比单次及５００Ｈｚ重复频率下常压空气中脉冲激励ＤＢＤ二次放电特性。

１　实验及测量装置

图１为亚微秒脉冲激励ＤＢＤ高速摄影实验原理图。电源采用氢闸流管为基础的软性开关调制器，产生重

＊收稿日期：２０１３－０９－１８； 修订日期：２０１３－１２－３０

基金项目：国家自然科学基金项目（１１３０５１６４）；中国工程物理研究院脉冲功率科学与技术重点实验室基金项目（２００８Ｂ０４０２０３７）；中国工程物理研究院“双百”人才基金项目（２００９Ｒ０１０２）

作者简介：李　杰（１９８６—），男，硕士，研究实习员，从事大气压脉冲放电等离子体产生、真空弧离子源诊断方面研究；ｎｌｉｊｉｅ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。

通信作者：龙继东（１９７９—），男，博士，副研究员，从事特种电真空物理及器件研制方面的研究；ｌｏｎｇｊｉｄｏｎｇ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｏｒｇ．ｃｎ。

０４５０３５－２　

Ｆｉｇ．１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｏｆ　ｐｕｌｓｅｄ　ＤＢＤ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｉｍａｇｉｎｇ　

ｓｅｔ－ｕｐ图１　脉冲激励介质阻挡放电及高速摄影实验原理图复频率的负高压窄脉冲，脉冲幅值０～－１００ｋＶ可调，脉宽为２３０ｎｓ，前沿１２０ｎｓ，可实现单次放电至１ｋＨｚ重

复频率连续可调［１７］

。其中电极材料为铜，直径为１３０

ｍｍ，边缘半径５ｍｍ；采用厚度为１ｍｍ、大小为１５０ｍｍ

×１５０ｍｍ的石英玻璃作为介质阻挡材料；整个放电区域与大气相通。回路电压采用电阻分压测量，分压比约为３０００∶１，回路电流采用０．２Ω同轴管式氧化膜采样电阻测量。利用泰克公司型号ＤＰＯ７１０４示波器记录电压波形，带宽为１ＧＨｚ。采用曝光时间为０．２５ｓ的普通

数码相机记录放电积分图像［

１８］

。 采用ｎ

ｓ级曝光时间的高速相机研究放电的均匀性及时空演化过程。如图１中所示，同步脉冲信号发生器采用ＤＧ５３５控制。稳定放电状态下，ＤＧ５３５产生触发

脉冲到示波器记录放电电流起始时刻的总时延保持不变，设置ＤＧ５３５延迟触发ＩＣＣＤ相机可进行单次或者稳定连续状态下脉冲放电高速摄影实验研究。此外，通过示波器记录ＩＣＣＤ相机快门动作时刻的监控信号，可知ＩＣＣＤ采集的图像所对应发生在放电电流波形上的时刻，由此可精确控制ＩＣＣＤ相机记录放电发展过程的发光

图像。高速相机为Ａｎｄｏｒ公司生产的第二代ＩＣＣＤ，最小曝光时间为２ｎｓ，本实验中设置曝光时间为５ｎｓ。ＩＣ－ＣＤ置于自制的金属屏蔽箱内，

以保证相机与采集系统在高频连续工作状态下不受电磁干扰。Ｆｉｇ．２　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ　

ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ　ｗａｖｅｆｏｒｍｆｏｒ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ图２　高速摄影实验示波器记录同步触发波形

图１中示波器Ｃ

ｈ１通道记录ＤＧ５３５的同步触发脉冲信号，Ｃｈ２通道记录外加电压波形，Ｃｈ３通道记录回路电流波形，Ｃｈ４通道记录ＩＣＣＤ相机快门动作反馈信号。５００Ｈｚ连续工作状态下典型同步触发工作示波器记录

波形如图２所示。由于光纤及系统动作的固有延时，快门实际动作时间为示波器采集到反馈信号前沿之前２５ｎｓ处，

即图中两条垂直平行的时间游标指示位置（时间间隔５ｎｓ）。ＩＣＣＤ相机曝光时间为５ｎｓ，ＩＣＣＤ相机快门动作时采集到发光对应电压、电流波形正好处于两条平行游标之间，这样可以十分方便地观测到ＩＣＣＤ每次放电记录的放电时刻。

２　结果与分析

２．１　重频放电

图３所示为５

００Ｈｚ重复亚微秒脉冲激励ＤＢＤ情况下，常压空气中的放电发光图像［１９］

，图像采用普通相机拍照获得，曝光时间０．２５ｓ。气隙间距为２．５ｍｍ时，

放电处于均匀模式，从放电图像或肉眼观察均分辨不出放电流注细丝通道的存在。随着气隙间距的增大，放电逐步过渡到丝状模式，气隙间距增大到６．５ｍｍ时明显观察到无规则运动的流注细丝分布在上下介质挡板之间。

图４所示为重复频率５

００Ｈｚ、气隙间距２ｍｍ情况下典型亚微秒脉冲ＤＢＤ的电压、电流波形，外加电压幅值为１９．１ｋＶ，回路电流幅值为３５Ａ，电流脉宽约为４０ｎｓ。从放电波形上看，存在反向电流（外加电压为负，此处电流为正），由ＤＢＤ放电性质可知，反向电流中还包含电容充放电时产生的位移电流，在这种情况下，由电流波形很难确定二次放电是否存在。

采用曝光时间为５ｎ

ｓ的高速摄影相机，多次采集并依次记录放电过程中不同时刻的发光图像，则图４所示的回路电流脉冲中对应不同位置处发光图像如图５所示。放电从电流脉冲的起始位置开始出现，从电极的靠右侧一点开始（图５（ｂ）），这可能由于电极的平行度不佳导致。电流脉冲幅值迅速增大，放电发光在放电电流波形的上升沿阶段逐步扩散至整个电极平面，如图５（ｃ）所示。电流波形到达顶峰时，放电电流最强，对应图５（ｄ）附近发光强度最大。值得注意的是，此处放电区域面积较大（电极直径１３０ｍｍ），粘接石英介质材料的时候很难保证每个区域石英与电极接触效果相同，

因此，从发光图像上看，在放电发展增强的过程中放电并非绝强激光与粒子

束

０４５０３５－３　

Ｆｉｇ．３　Ｓｕｂ－ｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄ　ｐｕｌｓｅｄ　ＤＢＤ　ｉｍａｇｅｓ　ａｔａｎ　ｅｘｐｏｓｕｒｅ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　０．２５ｓａｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｆ　５００Ｈｚ图３　常压空气中重复频率５００Ｈｚ亚微秒高压脉冲放电图像

Ｆｉｇ．４　Ａｐｐｌｉｅｄ　ｖｏｌｔａｇｅ，ｔｏｔａｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｌｉｇｈｔ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　

ｏｆｓｕｂ－ｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄ　ｐｕｌｓｅ　ＤＢＤ　ａｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｆ　５００Ｈｚ图４　重复频率５００Ｈｚ电压电流波形及光强变化曲线

对均匀，表现出某些区域发光更强。电流波形的下降沿阶段，放电逐步减弱，发光光强也迅速降低，如图５（ｅ）所示。值得一提的是，在电流脉冲的下降沿阶段，放电发光均匀地分布在整个放电间隙内，可能是由于放电熄灭的过程中，等离子体均匀的扩散至整个放电空间。重复频率５００Ｈｚ的工作状态下，从ＩＣＣＤ发光图像上没有观察到反向二次放电的存在，如图４中字母ｈ，ｉ，ｊ所示时刻在图５中均没有观察到放电发光的存在。图４中还给出了发光强度随时间的变化关系，放电电流脉冲波形的尖峰位置对应发光强度曲线的最强处，从发光强度曲线上看，

在外加电压的下降沿阶段也没有反向二次放电的存在。由此可知，常压空气中亚微秒脉冲激励ＤＢＤ在一定外界条件下，

可以工作在没有二次放电的工作模式。Ｆｉｇ．５　ＩＣＣＤ　ｉｍａｇｅｓ　ｏｆ　ｓｕｂ－ｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄ　ｐｕｌｓｅ　ＤＢＤ　ａｔ　ａ　ｇａｐ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　２ｍｍ　ｉｎ　ｏｐｅｎ　ａｉｒ　ａｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　

ｏｆ　５００Ｈｚ图５　重复频率５００Ｈｚ连续脉冲放电发展过程ＩＣＣＤ图像

２．２　单次放电

Ｆｉｇ．６　Ａｐｐｌｉｅｄ　ｖｏｌｔａｇｅ，ｔｏｔａｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｌｉｇｈｔ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆ　ｓｕｂ－ｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄ　ｐｕｌｓｅ　ＤＢＤ　ａｔ　ｓｉｎｇｌｅ　ｐｕｌｓｅ　ｍｏｄｅ图６　单次放电电压电流波形及光强变化曲线

采用Ｄ

Ｇ５３５单次触发模式开展单次放电实验研究，每次放电之后需要记录和储存数据，对ＩＣＣＤ相机进行复位设置，

再进行下一次触发实验，两次放电间隔在３０ｓ以上。如图６所示为单次放电外加电压及回路电流波形，气隙间距及介质材料保持不变，外加电压幅值为２２．５ｋＶ，回路电流大小为５３．５Ａ。由放电波形观测到，

在外加电压的下降沿阶段有明显的二次放电峰，二次放电电流幅值约为２０Ａ。为证实二次放电的存在，在单次脉冲激励ＤＢＤ情况下开展高速摄影实验研究。

图７为单次脉冲激励ＤＢＤ情况下，放电随时间演化的ＩＣＣＤ图像，

其中每幅图像编号对应图６中相应字母指示电流波形时刻，ＩＣＣＤ相机曝光时间设置为２．５ｎｓ。放电发展的起始阶段，放电击穿同时发生在放电间隙空间的不同位置，实验中还发现，即使保持１ｍｍ间隙，放电开始击穿的位置依然出现在放电空间的不同位置处，可能与较大面积的石英玻璃与电极粘连接触不一致所导致。如图７（ｂ）～（

ｃ）所示，放电从靠近左侧的李　杰等：常压空气亚微秒脉冲ＤＢＤ

高速摄影研究

０４５０３５－４　

三个区域开始发展并相互交叠，当回路电流上升到接近最大值时，放电发光最强。并布满整个电极空间，在回路电流的下降沿阶段，放电逐步减弱。图７（ｅ）～（ｇ）回路电流逐渐减小，相对于电流上升过程，发光更加均匀。在主放电脉冲下降完成之后，气隙仍然持续发光，如图７（ｈ）～（ｊ）所示，光强较弱，但很均匀分布在整个放电空间。在一次放电与二次放电的过程之间存在短暂的放电熄灭过程，放电气隙没有发光，如图７（ｋ）～（ｌ）所示。在此之后，随着二次放电电流增大，发光逐渐增强，如图７（ｍ）～（

ｎ）所示，二次放电电流最大处发光强度最大。此后，放电从中间收缩并逐步减弱，如图７（ｏ）～（ｐ）所示。值得注意的是，在二次放电电流脉冲完成之后，放电发光依然持续一段时间，如图７（ｑ

）～（ｒ），放电发光均匀分布在整个电极区域。图６中还给出了放电发光强度随时间的变化关系，图中可以清楚的看到两次放电发光脉冲波形与电流脉冲波形能够很好地对应。由此可知，单次亚微秒脉冲激励常压空气ＤＢＤ放电在２ｍｍ间隙下存在明显的反向二次放电，并且二次放电相较于第一次放电更加均匀。

Ｆｉｇ．７　ＩＣＣＤ　ｉｍａｇｅｓ　ｏｆ　ｓｕｂ－ｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄ　ｐｕｌｓｅ　ＤＢＤ　ａｔ　ａ　ｇａｐ　

ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　２ｍｍ　ｉｎ　ｏｐｅｎ　ａｉｒ　ａｔ　ｓｉｎｇｌｅ　ｐｕｌｓｅ　ｍｏｄｅ图７　单次脉冲放电发展过程ＩＣＣＤ图像

３　结　论

本文对常压空气中亚微秒脉冲激励Ｄ

ＢＤ采用ＩＣＣＤ高速摄影相机进行实验研究，在单次及５００Ｈｚ重频放电模式下进行了对比实验研究，

放电发展阶段表现出不均匀性，在回路电流最大时放电达到均匀状态，电流下降阶段的放电均匀性明显好于其上升沿阶段，放电发光强度与电流波形可以很好地吻合。

在一定的外加参数条件下，

亚微秒脉冲激励ＤＢＤ放电在重频放电模式下几乎观察不到二次放电的存在，而单次情况下从电流波形及ＩＣＣＤ图像上均观察到明显的二次放电，相较于一次放电，二次放电更加均匀。本文的研究发现，二次放电是否发生与一次放电过程中介质阻挡层上存储的电荷量有关。实验中单次与连续工作状态电源设置了相同的直流高压电源电压幅值，由于连续放电模式消耗的功率远远大于单次工作模式，导致实际输出的电压幅值相较于单次模式更低，由此导致回路电流幅值降低，实验中５００Ｈｚ连续模式回路电路幅值为３５Ａ，单次放电电流为５０Ａ。放电电流较弱时，介质板上积累的电荷量较少，在外加电压的下降沿阶段还来不及在气隙间形成反向电压就很快泄放掉，也不能形成反向击穿，产生二次放电。本文作者此前对重复频率亚微秒脉冲激励ＤＢＤ电学特性的研究中也发现，

随着外加电压幅值的增大，放电回路电流中反向放电的幅值也不断增大［１９］

，所不同的是反向放电出现了双峰的情形，这种情形下反向二次放电的有效判定及与单次情形

的差异还需进一步深入的研究。因此，控制一定的外加参数条件，亚微秒脉冲激励常压空气ＤＢＤ存在一次或者两次放电的两种工作模式。参考文献：

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束

李　杰等：常压空气亚微秒脉冲ＤＢＤ高速摄影研究

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［１４］　Ｓｈａｏ　Ｔａｏ，Ｌｏｎｇ　Ｋａｉｈｕａ，Ｚｈａｎｇ　Ｃｈｅｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ　ｕｎｉｐｏｌａｒ　ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ－ｐｕｌｓｅ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｉｎ　ａｉｒａｔ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ［Ｊ］．Ｊ　Ｐｈｙｓ　Ｄ：Ａｐｐｌ　Ｐｈｙｓ，２００８，４１：２１５２０３．

［１５］　邵涛，章程，李文峰，等．空气中纳秒脉冲介质阻挡放电高速摄影［Ｊ］．强激光与粒子束，２０１２，２４（３）：６１２－６１６．（Ｓｈａｏ　Ｔａｏ，Ｚｈａｎｇ　Ｃｈｅｎｇ，ＬｉＷｅｎｆｅｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｏｆ　ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ－ｐｕｌｓｅ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｉｎ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ａｉｒ．Ｈｉｇｈ　Ｐｏｗｅｒ　Ｌａｓｅｒ　ａｎｄ　ＰａｒｔｉｃｌｅＢｅａｍｓ，２０１２，２４（３）：６１２－６１６）

［１６］　Ｓｈａｏ　Ｔａｏ，Ｎｉｕ　Ｚｈｅｎｇ，Ｚｈａｎｇ　Ｃｈｅｎｇ，ｅｔ　ａｌ．ＩＣＣＤ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ　ＤＢＤ　ｅｘｃｉｔａｔｅｄ　ｂｙ　ｕｎｉｐｏｌａｒ　ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ　ｐｕｌｓｅｓ　ｉｎ　ｏｐｅｎ　ａｉｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　ｏｎ　Ｐｌａｓｍａ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１１，３９（１１）：２０６２－２０６３．

［１７］　李杰，谢宇彤，马冰，等．一种常压空气等离子体产生研究重频高压窄脉冲调制器［Ｊ］．信息与电子工程，２０１２，１０（６）：７６５－７７０．（Ｌｉ　Ｊｉｅ，ＸｉｅＹｕｔｏｎｇ，Ｍａ　Ｂｉｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ　ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｎａｒｒｏｗ　ｐｕｌｓｅ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　ｆｏｒ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ａｉｒ　ｐｌａｓｍａ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，１０（６）：７６５－７７０）

［１８］　李杰．重复频率亚微秒脉冲功率源常压空气均匀放电特性研究［Ｄ］．绵阳：中国工程物理研究院，２０１２．（Ｌｉ　Ｊｉｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｅｘｃｉｔｅｄ　ｂｙ　ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ　ｓｕｂ－ｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄ　ｐｕｌｓｅ　ｐｏｗｅｒ　ｉｎ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ　ａｉｒ．Ｍｉａｎｙａｎｇ：Ｃｈｉｎａ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ，２０１２）

［１９］　Ｌｉ　Ｊｉｅ，Ｘｉｅ　Ｙｕｔｏｎｇ，Ｄｏｎｇ　Ｐａｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｕｓｉｎｇ　ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｓｕｂ－ｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄ　ｐｕｌｓｅ　ｐｏｗｅｒ　ｉｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ａｉｒ［Ｊ］．Ｈｉｇｈ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１３，３９（９）：２２８０－２２８５．

０４５０３５－５　

强激光与粒子束

Ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｏｆ　ＤＢＤ　ｅｘｃｉｔｅｄ　ｂｙ　ｓｕｂ－ｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄ

ｐｕｌｓｅ　ｐｏｗｅｒ　ａｔ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ａｉｒ

Ｌｉ　Ｊｉｅ１，２，　Ｌｉ　Ｘｉ　１，２，３，　Ｘｉｅ　Ｙｕｔｏｎｇ１，２，　Ｗａｎｇ　Ｙｕａｎ１，２，　Ｊｉａｎｇ　Ｘｉａｏｇｕｏ１，２，

Ｌｏｎｇ　Ｊｉｄｏｎｇ１，２，　Ｚｈａｎｇ　Ｌｉｎｗｅｎ１，２

（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｆｌｕｉｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，ＣＡＥＰ，Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ９１９－１５０，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１９００，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｐｕｌｓｅｄ　Ｐｏｗｅｒ，ＣＡＥＰ，Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ９１９－１５０，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１９００，Ｃｈｉｎａ；

３．Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１９００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｓｐａｔｉｏ－ｔｅｍｐｏｒａｌ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ（ＤＢＤ）ｅｘｃｉｔｅｄ　ｂｙ　ｓｕｂ－ｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄｐｕｌｓｅ　ｉｎ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ａｉｒ，ａ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｃａｍｅｒａ　ｏｆ　ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ　ｃｈａｒｇｅ－ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ（ＩＣＣＤ）ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ａ　ｓｈｏｒｔ　ｅｘｐｏｓｕｒｅ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　ｎｓｍａｇｎｉｔｕｄｅ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ｂｏｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ（５００Ｈｚ）ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓｗｅｒｅ　ｃａｒｅｆｕｌｌｙ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｗｏｒｋ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｂｏａｒｄ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｅｘｃｉｔｅｄ　ｂｙ　ｓｕｂ－ｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄ　ｐｕｌｓｅ，ｉｔ　ｗａｓ　ｆｏｕｎｄｔｈａｔ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｗａｓ　ｎｏｔ　ｕｎｉｆｏｒｍ　ａｔ　ｔｈｅ　ｅａｒｌｙ　ｓｔａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ．Ｔｈｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｒｅａｃｈｅｄ　ａ　ｕｎｉｆｏｒｍ　ｓｔａｔｅ　ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｒｅａｃｈｅｄｔｈｅ　ｐｅａｋ　ｐｏｉｎｔ．Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆａｌｌｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｗａｓ　ｍｏｒｅ　ｕｎｉｆｏｒｍ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｉｓｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｓ－ｃｈａｒｇｅ，ｔｈｅ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｉｎｃｉｄｅｄ　ｗｉｔｈ　ｅａｃｈ　ｏｔｈｅｒ．Ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ　ｏｆ　ｓｅｃｏｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｄｅｐｅｎｄｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｖｏｌｔａｇｅ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ．Ｓｅｃｏｎｄ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＤＢＤｗａｓ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｉｎｇｌｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｍｏｄｅ　ａｎｄ　ｉｔ　ｗａｓ　ｍｏｒｅ　ｕｎｉｆｏｒｍ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ｂｕｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｄｉｓ－ｃｈａｒｇｅ　ｍｏｄｅ，ｇｅｎｅｒａｌｌｙ　ｔｈｅ　ｓｅｃｏｎｄ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｗａｓ　ｔｏｏ　ｗｅａｋ　ｔｏ　ｂｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ．

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｓｕｂ－ｍｉｃｒｏｓｅｃｏｎｄ；　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ；　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｉｍａｇｉｎｇ；　ｓｅｃｏｎｄ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ

ＰＡＣＳ：　５２．７０．Ｋｚ；　５２．８０．Ｔｎ

０４５０３５－６　

数字电路与逻辑设计习题9第九章脉冲单元电路

第九章脉冲单元电路 一、选择题 1．脉冲整形电路有。 A.多谐振荡器 B.单稳态触发器 C.施密特触发器 D.555定时器 2．多谐振荡器可产生。 A.正弦波 B.矩形脉冲 C.三角波 D.锯齿波 3．石英晶体多谐振荡器的突出优点是。 A.速度高 B.电路简单 C.振荡频率稳定 D.输出波形边沿陡峭 4．TTL单定时器型号的最后几位数字为。 A.555 B.556 C.7555 D.7556 5．555定时器可以组成。 A.多谐振荡器 B.单稳态触发器 C.施密特触发器 D.JK触发器 6．用555定时器组成施密特触发器，当输入控制端CO外接10V电压时，回差电压为。 A.3.33V B.5V C.6.66V D.10V 7．以下各电路中，可以产生脉冲定时。 A.多谐振荡器 B.单稳态触发器 C.施密特触发器 D.石英晶体多谐振荡器 二、判断题（正确打√，错误的打×） １．施密特触发器可用于将三角波变换成正弦波。（） ２．施密特触发器有两个稳态。（） ３．多谐振荡器的输出信号的周期与阻容元件的参数成正比。（） ４．石英晶体多谐振荡器的振荡频率与电路中的R、C成正比。（） ５．单稳态触发器的暂稳态时间与输入触发脉冲宽度成正比。（） ６．单稳态触发器的暂稳态维持时间用t W表示，与电路中RC成正比。（） ７．采用不可重触发单稳态触发器时，若在触发器进入暂稳态期间再次受到触发，输出脉宽可在此前暂稳态时间的基础上再展宽t W。（） ８．施密特触发器的正向阈值电压一定大于负向阈值电压。（） 三、填空题 1．555定时器的最后数码为555的是产品，为7555的是产品。 2．施密特触发器具有现象，又称特性；单稳触发器最重要的参数为。 3．常见的脉冲产生电路有，常见的脉冲整形电路有、。 4．为了实现高的频率稳定度，常采用振荡器；单稳态触发器受到外触发时进入态。 四、555定时器由哪几部分组成？各部分功能是什么？

4 脉冲信号产生电路共23页文档

4 脉冲信号产生电路 4.1 实验目的 1．了解集成单稳态触发器的基本功能及主要应用。 2．掌握555定时器的基本工作原理及其性能。 3．掌握用555定时器构成多谐振荡器、单稳态触发器的工作原理、设计及调试方法。 4.2 实验原理 1．集成单稳态触发器及其应用 在数字电路的时序组合工作中，有时需要定时、延时电路产生定时、展宽延时等脉冲，专门用于完成这种功能的IC，就是“单稳延时多谐振荡器”，也称“单稳触发器”。其基本原理是利用电阻、电容的充放电延时特性以及电平比较器对充放电电压检测的功能，实现定时或延时，只需按需要灵活改变电阻、电容值大小，就可以取得在一定时间范围的延时或振荡脉冲输出。常用的器件有LS121/122、LS/HC123、LS/HC221、LS/HC423、HC/C4538及CC4528B等。 集成单稳态触发器在没有触发信号输入时，电路输出Q=0，电路处于稳态；当输入端输入触发信号时，电路由稳态转入暂稳态，使输出Q=1；待电路暂稳态结束，电路又自动返回到稳态Q=0。在这一过程中，电路输 出一个具有一定宽度的脉冲，其宽度与电路的外接定时元件C ext 和R ext 的数 值有关。 图4-1

集成单稳态触发器有非重触发和可重触发两种，74LS123是一种双可重触发的单稳态触发器。它的逻辑符号及功能表如图4-1、表4-1所示。 在表4-1中“正”为正脉冲，“负”为负脉冲。 LS/HC123的特点是，复位端CLR也具有上跳触发单稳态过程发生的功能。 在C ext >1000pF时，输出脉冲宽度t w ≈0.45R ext C ext 。 器件的可重触发功能是指在电路一旦被触发（即Q=1）后，只要Q还未恢复到0，电路可以被输入脉冲重复触发，Q=1将继续延长，直至重复触发的最后一个触发脉冲的到来后，再经过一个t w （该电路定时的脉冲宽度）时间，Q才变为0，如图4-2所示： 图4-2 74LS123的使用方法： （1）有A和B两个输入端，A为下降沿触发，B为上升沿触发，只有AB=1时电路才被触发。 （2）连接Q和A或Q与B，可使器件变为非重触发单稳态触发器。 （3）CLR=0时，使输出Q立即变为0，可用来控制脉冲宽度。 （4）按图4-3、3-5-4连接电路，可组成一个矩形波信号发生器，利用开关S瞬时接地，使电路起振。 图4-3 图4-4 2．555时基电路及其应用 555时基电路是一种将模拟功能和数字逻辑功能巧妙地结合在同一硅片上的新型集成电路，又称集成定时器，它的内部电路框图如图4-5所示。 图4-5 电路主要由两个高精度比较器C 1、C 2 以及一个RS触发器组成。比较器 的参考电压分别是2/3V CC 和1/3V CC ，利用触发器输入端TR输入一个小于 1/3V CC 信号，或者阈值输入端TH输入一个大于2/3V CC 的信号，可以使触发 器状态发生变换。CT是控制输入端，可以外接输入电压，以改变比较器的参考电压值。在不接外加电压时，通常接0.01μF电容到地，DISC是放电输入端，当输出端的F=0时，DISC对地短路，当F=1时，DISC对地开路。 R D 是复位输入端，当R D =0时，输出端有F=0。 器件的电源电压V CC 可以是+5V~+15V，输出的最大电流可达200mA，当 电源电压为+5V时，电路输出与TTL电路兼容。555电路能够输出从微秒级到小时级时间范围很广的信号。 （1）组成单稳态触发器 555电路按图4-6连接，即构成一个单稳态触发器，其中R、C是外接定时元件。单稳态触发器的输出脉冲宽度t w ≈1.1RC。 图4-6 （2）组成自激多谐振荡器 图4-7 自激多谐振荡器电路 按图4-7连接，即连成一个自激多谐振荡器电路，此电路的工作过程

第六章脉冲波形的产生与整形电路_数字电子技术复习题集

第六章 一、选择题 1．脉冲整形电路有。 A.多谐振荡器 B.单稳态触发器 C.施密特触发器 D.555定时器2．多谐振荡器可产生。 A.正弦波 B.矩形脉冲 C.三角波 D.锯齿波 3．石英晶体多谐振荡器的突出优点是。 A.速度高 B.电路简单 C.振荡频率稳定 D.输出波形边沿陡峭 4．T T L单定时器型号的最后几位数字为。 A.555 B.556 C.7555 D.7556 5．555定时器可以组成。 A.多谐振荡器 B.单稳态触发器 C.施密特触发器 D.J K触发器6．用555定时器组成施密特触发器，当输入控制端C O外接10V电压时，回差电压为。 A.3.33V B.5V C.6.66V D.10V 7．以下各电路中，可以产生脉冲定时。 A.多谐振荡器 B.单稳态触发器 C.施密特触发器 D.石英晶体多谐振荡器 二、判断题（正确打√，错误的打×） 1.施密特触发器可用于将三角波变换成正弦波。（） 2.施密特触发器有两个稳态。（） 3.多谐振荡器的输出信号的周期与阻容元件的参数成正比。（） 4.石英晶体多谐振荡器的振荡频率与电路中的R、C成正比。（） 5.单稳态触发器的暂稳态时间与输入触发脉冲宽度成正比。（） 6.单稳态触发器的暂稳态维持时间用t W表示，与电路中R C成正比。（） 7.采用不可重触发单稳态触发器时，若在触发器进入暂稳态期间再次受到触发，输出脉宽可在此前暂稳态时间的基础上再展宽t W。（）

8.施密特触发器的正向阈值电压一定大于负向阈值电压。（） 三、填空题 1．555定时器的最后数码为555的是产品，为7555的是 产品。 2．施密特触发器具有现象，又称特性；单 稳触发器最重 要的参数为。 3．常见的脉冲产生电路有，常见的脉冲整形电路有、。 4．为了实现高的频率稳定度，常采用振荡器；单稳态触发器受到外触发时进入态。 四、练习题 1. 如图所示的单稳态触发器电路中， G 1 和 G 2 为 CMOS 或非门，电源电压V DD =15V 。已知R d = 100k Ω，R = 51 k Ω，C d = 1000pF ，C = 0.01 μ F 。试计算输出脉冲的宽度和幅度。 2. TTL 与非门和二极管 D 组成的施密特触发器电路如图所示。已知与非门的V T = 1.1V ，二极管导通压降V D = 0.7V 。试求电路的V T+ 、V T －和回差电压△ V 的值。 3. 电路如图（ a ）所示，已知输入信号 u I 、 u A 的波形如图（ b ）。画出 u O 的波形，并说明该电路的功能。 4.集成施密特触发器 CT1132 的原理电路如图所示。试分析该电路由哪几部分组成，各有什么作用？ 5. TTL 与非门微分型单稳态电路如图所示。试回答：

脉冲波形发生电路设计

脉冲波形发生电路设计一．实验目的 1.学习脉冲波形发生电路的设计方法和调试方法。 2.学习按模块划分电路的设计与调试的方法。二．555内部结构图和芯片引脚图 555内部结构图： 555引脚图：

三．红外发射管和光电三极管的工作原理 1.红外发射管： 红外光发射管具有单向导电性。只有当外加的正向电压使得正向电流足够大时才发射红外光，正向电流越大发光越强，其工作原理图参见图2（a）。此次实验中的R1 建议选取1k?。 2.光电三极管： 光电三极管依据光照强度来控制集电极电流的大小，其功能可等效为一只二极管与一只晶体管相连，并仅引出集电极和发射极，如图3（a）所示。其符号如图3（b）所示，常见外形如图3（c）所示。 有光照射时，光电三极管的集电极电流约在几十微安到几毫安之间，为保证光电三极管的输出电压Vo 可以正确驱动后面的数字IC，合理选取接收电路中R2 的阻值。其应用参考电路参见图2（b）。

四．实验任务及电路图 1.电路原理图 VCC VCC 2.设计思路 首先将555接成单稳态触发器，输出接发光二极管。 然后考虑输入。为了能在物体挡住光超过2秒以上电路仍然能够正常

运行，在输入端接入一个微分电路，保证输入脉宽不超过2秒。 同时因为前方光电三极管的输出电压在有光时为低电平，无光时为高电平，而电路要实现的功能是遮挡时发光二极管，所以在无光时应输入低电平，所以在光电三极管的输出与后方的输入间加了一个反相器。 最后考虑选作任务，首先要让发光三极管在被挡住时，LED一直亮，这个只需去掉微分电路就可以了。但是这样在光线重新照射时LED会马上灭掉，这是因为在遮挡时，555中的三极管是不导通的，所以C2两端是有压差的，即（见555内部结构图），这样在光线重新照射时，输入会跳为高电平，所以=1，Q=0，=0，内部三极管导通，=1，保持0，所以LED就会灭掉。而且是我们不希望出现的情况，因为上述分析是基于门电路的均较长的情况下分析的，实际上这些跳变都是瞬间完成的，所以之后电路的情况并不是能准确预测的。 解决这个问题的思路就是希望能在时，保持1，这样跳变为1之后就有，LED保持亮着，而且经过1~2秒后熄灭。 实现这个功能只需在那一个三极管的c、e端与C2并联，b端接输入即可。 为了在输入为低时三极管导通，选用PNP三极管。 3.参数计算 （1）R2阻值的选取： 为保证在有光时vo输出的是低电平，则R2上的压降应接近5V，以10微安计算，则R2应取100 k?左右。 （2）R3和C3的选取

脉冲单元电路

第9章脉冲单元电路 本章主要介绍了 （1）脉冲信号（矩形脉冲）的波形及其参数。 （2）施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器工作原理及其应用。（3）用门电路构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的基本原理及主要参数计算。 （4）555定时器的电路结构和工作原理。 （5）用555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路结构和参数计算。 教学基本要求 掌握施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作原理及应用。掌握555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路结构和主要参数计算。 理解集成单稳态触发器和晶体多谐振荡器基本工作原理； 了解用门电路构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路结构。 重点与难点 本章重点：555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路以及主要参数计算。 本章难点：定时电路中电容充、放电过程和定时参数的计算。 主要教学内容 9.1 脉冲信号

9.2.1 施密特触发器 9.2.2 单稳态触发器 9.2.3 多谐振荡器 9.3 555定时器的应用 9.3.1 用555定时器构成施密特触发器 9.3.2 用555定时器构成单稳态触发器 9.3.3 用555定时器构成自激多谐振荡器 9.1 脉冲信号 从广义上讲，凡不具有连续正弦波形状的信号，几乎都可以统称为脉冲信号。最常见的脉冲波形是方波和矩形波，如图9–1–1所示。 图9–1–1 常见脉冲波形 实际脉冲电压波形从零值跃升到最大值，或从最大值降到零值时，都需要经历一定的时间，一般用上升时间t r和下降时间t f表示。图9–1–2为矩形脉冲信号的实际波形图。 图9–1–2 矩形脉冲信号的实际波形图

脉冲发生器工作原理

脉冲发生器工作原理 泥浆流动引起叶轮在其外部旋转。叶轮和脉冲发生器内部的主轴含有强力磁铁。叶轮与主轴之间的磁耦合运动产生两者间的磁力吸引。当叶轮在脉冲发生器外部旋转时，主轴则由于磁耦合作用在脉冲发生器内部旋转。 这是叶轮，这是主轴。把主轴伸入到叶轮里，来讲述这种磁耦合的强度。当试图转动主轴时，而主轴依然粘附在叶轮上。想转到主轴是非常困难的，磁耦合作用是相当强的。 脉冲发生器是一个充满油的密封单元。任何外部压力，象静水压力，可以通过这种活动的橡胶皮囊传递到脉冲发生器内部，或者对于没有橡胶皮囊的脉冲发生器，它是通过这个壳体里的活塞传递的。脉冲发生器内部与外部的压力是平衡的。由于脉冲发生器总与它周围的环境处于压力相等的状态，这样它不易损坏。压力平衡是由脉冲发生器的小直径促成的。脉冲发生器的壁较薄，能够承受足够的机械载荷，由于内外压力平衡，不必承受外部压力。 脉冲发生器内含有一个液压泵，液压泵是由六个柱塞和液缸组成。这六个柱塞随着其下端旋转斜盘的转动，在液缸内交替上下运动。通过六个柱塞的交替运动，把泵下端腔里的油，通过一组单流阀泵入到提升阀活塞液缸里。 这是活塞。在产生脉冲过程中，活塞被向上推入液缸里，使提升阀轴伸出。当活塞向上运动时，打开了液缸壁上的一组小孔，使液流回到液缸里，因此起到限制活塞继续运动和降低内部压力。 在主轴的下端是电磁发电机。它是由六个固定的线圈和八个磁极构成，当主轴旋转时，带动其下端的磁极相对线圈转动，线圈内磁场的变化从而产生电流。 主轴的旋转速度控制液压和产生电量的大小。主轴转动越快，产生电量越大。通常主轴的转速为2800rpm~3500rpm。 现在讲解更复杂的部件。我们怎样控制提升阀轴的运动？ 首先，当提升阀轴向下回缩时，让我们描述其液压油流的流动方向。(驱动活塞向上运动时)油从泵下面的腔中直接进入泵里，并通过泵和其出孔进入到活塞缸里。然而回缩活塞时(提升阀向下运动)，油顺着中心管向下流入到主阀里。 主阀内部有一个带小孔的活塞，允许一部分油直接流过主阀。流过主阀的油通过中心管向下继续流动，最终流过一个电磁控制阀，然后进入到电磁控制阀下

脉冲电路

脉冲电路 在电子电路中，电源、放大、振荡和调制电路被称为模拟电子电路，因为它们加工和处理的是连续变化的模拟信号。电子电路中另一大类电路的数字电子电路。它加工和处理的对象是不连续变化的数字信号。数字电子电路又可分成脉冲电路和数字逻辑电路，它们处理的都是不连续的脉冲信号。脉冲电路是专门用来产生电脉冲和对电脉冲进行放大、变换和整形的电路。家用电器中的定时器、报警器、电子开关、电子钟表、电子玩具以及电子医疗器具等，都要用到脉冲电路。 电脉冲有各式各样的形状，有矩形、三角形、锯齿形、钟形、阶梯形和尖顶形的，最具有代表性的是矩形脉冲。要说明一个矩形脉冲的特性可以用脉冲幅度 Um 、脉冲周期 T 或频率 f 、脉冲前沿 t r 、脉冲后沿 t f 和脉冲宽度 t k 来表示。如果一个脉冲的宽度 t k =1 ／ 2T ，它就是一个方波。 脉冲电路和放大振荡电路最大的不同点，或者说脉冲电路的特点是：脉冲电路中的晶体管是工作在开关状态的。大多数情况下，晶体管是工作在特性曲线的饱和区或截止区的，所以脉冲电路有时也叫开关电路。从所用的晶体管也可以看出来，在工作频率较高时都采用专用的开关管，如 2AK 、 2CK 、DK 、 3AK 型管，只有在工作频率较低时才使用一般的晶体管。 就拿脉冲电路中最常用的反相器电路（图 1 ）来说，从电路形式上看，它和放大电路中的共发射极电路很相似。在放大电路中，基极电阻 R b2 是接到正电源上以取得基极偏压；而这个电路中，为了保证电路可靠地截止， R b2 是接到一个负电源上的，而且 R b1 和 R b2 的数值是按晶体管能可靠地进入饱和区或止区的要求计算出来的。不仅如此，为了使晶体管开关速度更快，在基极上还加有加速电容 C ，在脉前沿产生正向尖脉冲可使晶体管快速进入导通并饱和；在脉冲后沿产生负向尖脉冲使晶体管快速进入截止状态。除了射极输出器是个特例，脉冲电路中的晶体管都是工作在开关状态的，这是一个特点。 脉冲电路的另一个特点是一定有电容器（用电感较少）作关键元件，脉冲的产生、波形的变换都离不开电容器的充放电。 产生脉冲的多谐振荡器 脉冲有各种各样的用途，有对电路起开关作用的控制脉冲，有起统帅全局作用的时钟脉冲，有做计数用的计数脉冲，有起触发启动作用的触发脉冲等等。不管是什么脉冲，都是由脉冲信号发生器产生的，而且大多是短形脉冲或以矩形脉冲为原型变换成的。因为矩形脉冲含有丰富的谐波，所以脉冲信号发生器也叫自激多谐振荡器或简称多谐振荡器。如果用门来作比喻，多谐振荡

脉冲波形发生电路的设计

1实验目的 1.学习脉冲波形发生电路的设计方法和调试方法。 2.学习按模块划分电路的设计方法和调试方法。 2电路设计 图1:电路设计 2.1输入电路 电路图的最左侧是输入电路，R1=56kΩ，是预习时按照100μA选取的，经过实验验证可以正常工作。输出端有一个施密特反相器，是为了给波形整形，因为光电三极管的输出是模拟量，往往会有噪声，施密特反相器就能使得波形变为陡峭的方波，提高电路的稳定性。 2.2微分电路 输入电路的右侧是微分电路，作用是从输入电路端取边沿，输出尖峰脉冲，以触发后一级的单稳态电路。稳态时，若突然有物体遮挡光电三极管，电容左端由高电平跳变到低电平，但是电容两端的电压不能突变，所以右端的电压也会跳变成低电平，形成负的尖峰脉冲，此后很快电容就会充电回到高电平。如果没有微分电路，若物体一直遮挡着光电三极管，555定时器接成的单稳态电路就会一直处于暂稳态，这是不符合要求的。

2.3单稳态电路 单稳态电路在电路的最右侧，由555定时器接成。稳态时，输入端TRI处于高电平，输出OUT、DIS都是低电平，且C3上无电荷。触发时，TRI端收到一个负的尖峰脉冲，输 V CC时放电，且输出端回到出端OUT瞬间变为高电平，LED灯亮，同时C3充电，至2 3 低电平，回到稳态。 2.4放电电路 选做任务中要求电路能重复触发，就需要在触发时给C3放电，从而能重新计时。由于实验箱中只有NPN型三极管，故需要将触发信号经过施密特反相器后再连接到三极管基极，这样还能对信号进行整形，提高质量。当触发信号来临时，三极管就会导通，C3迅速放电。 2.5计数电路 利用74HC161改接成的十进制计数器进行计数，计数信号经过施密特反相器后，再次反相，作为时钟信号。为了完成选做任务，还需将555定时器的输出端连到74HC161的异步置零端，以实现所有物体经过后计数置零的目的。 3波形分析 3.1输入电路波形 遮挡红外发射管若干次，可以得到如图2的波形。可以看出黄色的光电三极管的输出波形虽然都是正脉冲，但是波形很不理想，毛刺较多；经过施密特反相后的绿色波形则十分规整，毛刺很少，基本上都是方波了，适合作为后一级的输入。 图2:输入电路波形

秒脉冲发生器

设计题目：秒脉冲发生器的设计 设计小组：第三组

1 秒脉冲发生器整体设计方案 1.1秒脉冲发生设计方案概述 秒脉冲发生器是由100HZ时钟产生电路和分频电路两部分构成，其中100HZ时钟产生电路主要由555定时器组成的时钟电路，主要用来产生100HZ的脉冲信号；分频电路主要由74LS192组成的100进制计数器电路，主要用于将100HZ 脉冲信号分成1HZ脉冲信号。该方案通过了Multisim软件仿真，并得到了1HZ的脉冲信号，基本实现了工程训练的要求。

1.2 秒脉冲发生器整体设计电路设计图 图1 秒脉冲发生器整体设计电路设计图1.3 秒脉冲发生器整体设计电路仿真图 图2 秒脉冲发生器整体设计电路仿真图

2 各分电路的元件介绍及设计方案 2.1 100HZ时钟产生电路 图3 100HZ时钟产生电路 2.1.1元件介绍 555芯片引脚图及引脚描述： 555的8脚是集成电路工作电压输入端，电压为5～18V，以UCC表示；从分压器上看出，上比较器A1的５脚接在R1和R2之间，所以5脚的电压固定在2UCC/3上；下比较器A2接在R2与R3之间，A2的同相输入端电位被固定在UCC/3上。 1脚为地。2脚为触发输入端；3脚为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器6脚和下比较器2脚的控制。 当触发器接受上比较器A1从R脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3脚输出低电平； 2脚和6脚是互补的，2脚只对低电平起作用，高电平对它不起作用，即电压小于1Ucc/3，此时3脚输出高电平。6脚为阈值端，只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即输入电压大于2 Ucc/3，称高触发端，3脚输出低电平，但有一个先决条件，即2脚电位必须大于1Ucc/3时才有效。3脚在高电位接近电源电压Ucc，输出电流最大可打200mA。 4脚是复位端，当4脚电位小于0.4V时，不管2、6脚状态如何，输出端3脚都输出低电平。 5脚是控制端。

脉冲信号产生电路

数电实验实验报告实验名称脉冲信号产生电路 实验目的1.熟悉555集成时基电路的构造、工作原理及特点 2.掌握用时基电路设计脉冲信号产生电路的方法 3.掌握影响脉冲波形参数的定时元件数值的计算方法 4.熟悉使用示波器测量信号周期和脉宽的方法 实验仪器 设备 通用试验箱、数字示波器、万用表、555、电阻、电容、连接线元器件555、电阻、电容 实验原理1.555定时器的工作原理：（1）内部组成电路： （2）555定时器的功能表

2.555定时器组成多谐振荡器 （1）555定时器组成多谐振荡器连线图 （2）工作原理： 电路没有稳态，只有两个暂稳态，电路不需要外加触发信号，利用电源通过电阻R A、R B向电容C充电，以及通过放电三极管T放电，便产生振荡。输出信号的时间参数T=T1+T2，其中T1=0.7(R A+R B)C（正脉冲宽度）、T2=0.7R B C(负脉冲宽度)，则T=0.7(R A+2R B)C 且555要求RA、RB均应大于或等于1KΩ，但应小于或等于3.3MΩ （3）芯片引脚图

实验内容 设计一个自激多谐振荡器电路，用数字示波器观测Uc与Uo的波形，测定振荡 频率；改变RA、RB、C的值，再观测波形及频率的变化。 实验数据 记录及处 理 实验数据： R A R B C U C U T(测量) T(实际) f 47Ω100Ω10nF 1.04v 2.16v 1.840ms 1.729ms543.5HZ 100Ω47kΩ10nF 1.00V 757.6V 1.520ms 1.358ms 657.9HZ 实验结论 Vo呈方波 当电容充电时，V0输出高电平 当电容放电时，V0输出低电平 当RA:RB增大时，占空比也随之增大 频率与RA、RB、C都成反比