占空比

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占空比 定义为脉冲序列信号在一个周期内,正半周持续时间与周期的比值[1]

占空比(英语:Duty Ratio,Duty Cycle[2]),是频射、微波电路、低频交流和直流电流等多个领域的一个概念,表示在一个周期内,工作时间与总时间的比值[3],有多个具体定义方式[4]

定义[编辑]

占空比D定义为脉冲持续时间()与方波周期(T)的比值。

占空比有多个定义方式[4]

  • 在一串理想的脉冲序列中(如方波),代表1的正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。例如:脉冲宽度1μs,信号周期4μs的脉冲序列占空比为0.25。
  • 在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值。
  • CVSD英语Continuously variable slope delta modulation调制(continuously variable slope delta modulation)中,比特“1”的平均比例。
  • 在周期型的现象中,现象发生的时间与总时间的比。
  • 脉冲信号高电平持续的时间(称为脉冲宽度)与脉冲周期的比值,称为脉冲的占空比 [5]。即
[6]
  • 焊接供电英语welding power supply[7],占空比是焊接设备的规格,指每10分钟里,电焊机能连续工作几分钟,而不会导致过热,影响寿命[8]。例如:一個占空比为20%的電焊機意味著,每工作2分鐘必須休息8分鐘[9]
  • 在(射頻)電子學的領域,包括核磁共振波谱法(NMR)中的占空比指平均功率與峰值功率的比值。[9]

测量与调节[编辑]

示波器(左)和万用表(右)可以用来测量占空比[10]

测量占空比一般可以用示波器(波形显示)或万用表(数值显示)来完成[11][12]。调节信号发生器可以提供占空比可变的脉冲信号[13]

应用[编辑]

汽车控制系统[编辑]

占空比信号可以控制电磁阀的开启度,如炭罐清除阀和自动变速器等机构中的液压控制阀等。炭罐清除阀大约每隔4分钟开启1分钟。但由于发动机有不同的工作状况,简单地全开、全闭不能满足要求。采用占空比控制信号,能通过脉冲电流的脉宽在0~100%间控制炭罐清除阀的开度。[12]

生物系统[编辑]

占空比的概念也用于描述神经元和肌肉纤维的活动。例如,在生物神经网络中,占空比特别指一个周期中神经元保持活动比例。[14]

参考文献[编辑]

  1. ^ 电工电子技术与EDA基础, 第 2 卷. 清华大学出版社. 2004: 142. ISBN 7302121982. 
  2. ^ Rudolf F. Graf. Modern Dictionary of Electronics. Elsevier Science. 1999: 225. ISBN 978-0-08-051198-6. 
  3. ^ Barrett, Steven Frank; Pack, Daniel J. Timing subsystem. Microcontrollers Fundamentals for Engineers and Scientists. Morgan and Claypool Publishers. 2006: 51–64. ISBN 1-598-29058-4. 
  4. ^ 4.0 4.1 Federal Standard 1037C, "Telecommunications: Glossary of Telecommunication Terms". Boulder, Colorado: Institute for Telecommunication Sciences. 1996 [2011-03-03]. 
  5. ^ 王鸿明 (编). 电工技术与电子技术. 清华大学出版社. 2000. ISBN 7302039968. 
  6. ^ Cox, James F.; Chartrand, Leo. Nonsinusoidal oscillators. Fundamentals of Linear Electronics: Integrated and Discrete 2. Cengage Learning. June 26, 2001: 511–584. ISBN 0-766-83018-7. 
  7. ^ Brown, Martin. How a switching power supply works. Practical Switching Power Supply Design (Motorola Series in Solid State Electronics). San Diego, CA: Academic Press. 1990: 5–8. ISBN 0-121-37030-5. 
  8. ^ What does the term duty cycle mean?. ZENA, Inc. welding systems. [2011-03-23]. 
  9. ^ 9.0 9.1 丁尚武. 什麼是duty cycle?. 實驗室內部演講資料. 2002 [2017-07-02]. 
  10. ^ Dietmar Benda: Wie misst man mit dem Oszilloskop? Franzis, 2007, ISBN 978-3-7723-6766-3.
  11. ^ 数字万用表的使用方法之频率/占空比测量. MTOOU.INFO. [2017-07-02]. 
  12. ^ 12.0 12.1 王锦俞; 朱军. 谈汽车上常用的占空比信号和脉宽信号 (PDF). Motor-China: 68. 
  13. ^ 雅各布; 蒋晓颖 译. 功率电子学: 原理与应用. 清华大学出版社. ISBN 7302089337. 
  14. ^ Harris-Warrick, Ronald; Nagy, Frédéric; Nusbaum, Michael. Harris-Warrick, Ronald; Marder, Eve; Silverston, Alan; 等, 编. Dynamic biological networks: the stomatogastric nervous system. Massachusetts: MIT Press. 1992: 87–139. ISBN 0-262-08214-4.