占空比

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]。

占空比 ${\displaystyle D}$ 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]。

定义

占空比D定义为脉冲持续时间（${\displaystyle \tau }$）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。
• 在连续可变斜率增量调制中，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 ${\displaystyle D}$^[5]。即

${\displaystyle D={\frac {PW}{T}}\times 100\%}$^[6]

• 在焊接供电中^[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：一个占空比为20％的电焊机意味着，每工作2分钟必须休息8分钟^[9]。
• 在（射频）电子学的领域，包括核磁共振波谱法（NMR）中的占空比指平均功率与峰值功率的比值。^[9]

测量与调节

参见：示波器、万用表、信号发生器和脉冲宽度调制

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

汽车控制系统

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

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

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. Federal Standard 1037C, "Telecommunications: Glossary of Telecommunication Terms". Boulder, Colorado: Institute for Telecommunication Sciences. 1996 [2011-03-03]. （原始内容存档于2016-08-18）.
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]. （原始内容存档于2020-07-28）.
9. 丁尚武. 什麼是duty cycle?. 实验室内部演讲资料. 2002 [2017-07-02]. （原始内容存档于2010-06-10）.
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/工作週期测量. MTOOU.INFO. [2017-07-02]. （原始内容存档于2019-06-13）.
12. 王锦俞; 朱军. 谈汽车上常用的工作週期信号和脉宽信号 (PDF). Motor-China: 68. [2017-07-02]. （原始内容 (PDF)存档于2013-01-30）. 引文使用过时参数coauthors (帮助)
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. 引文使用过时参数coauthors (帮助)
14. Harris-Warrick, Ronald; Nagy, Frédéric; Nusbaum, Michael. Harris-Warrick, Ronald; Marder, Eve; Silverston, Alan; et al , 编. Dynamic biological networks: the stomatogastric nervous system. Massachusetts: MIT Press. 1992: 87–139. ISBN 0-262-08214-4.