3.2.3. Обработка результатов

Обработка результатов задания №2 состоит в изображении схем импульсов с указанием их амплитуд и интервалов времени. Необходимо ознакомиться с материалом, данным в "Приложении".

4. Вопросы для проверки (примерные):

4.1. Понятие об электрической цепи. Типы электрических цепей.

4.2. Понятие об электрическом контуре. Правила Кирхгофа для эле­ктрического контура.

4.3. Понятие о переходных процессах в электрических цепях. Сущность классического метода описания переходных процессов.

4.4. Почему классический метод не применяется при сложной зави­симости от времени входного напряжения на контуре?

4.5. Формулы для зависимости от времени напряжения на конденса­торе при его зарядке с постоянным входным напряжением и разрядке при отключённом входном напряжении.

4.6. Понятие времени релаксации при зарядке и разрядке конденса­тора.

4.7. Как определяется неизвестная ёмкость конденсатора с учётом времени релаксации?

4.8. Понятие об импульсах в электрических цепях. Типы импульсов, параметры импульсов.

4.9. Понятие об интегрирующей и дифференцирующей цепочках.

4.10. Как на экране осциллографа получается графическое изображе­ние формы импульса?

5. Литература

5.1. Г.В. Зевеке, II.А. Ионкин и др. Основы теории цепей. - М.: Энергия, 1975. - 741 с.

5.2. Л.Р. Нейман, К.С. Демирчян. Теоретические основы электротехники, т. 1,2. - л.: Энергоиздат, 1931. - 533 с; 415 с.

5.3. Л.Г. Толстов. Теория линейных электрических цепей. - М.: Высшая школа, 1973. - 272 с.

5.4. Ю.А. Исаков, В.С. Руденко и др. Промышленная электроника. - Киев.; Вища школа, 1975. - 323 с.

5.5. А.И. Ахиезер. Общая физики: Электрические и магнитные явления (справочное пособие). - Киев.:"Наукова Думка", 1981. - 171 с.

Приложение общая характеристика импульсов и способов их формирования в электрических цепях.

1. В электро - и радиотехнике импульсом называется кратковре­менное изменение напряжения (или тока) в электрической цепи от начального уровня до некоторого уровня (или). При этом длительность импульса всегда меньше или сравнима с длительностью пере­ходных процессов в этой цепи.

Импульсы подразделяются на два основных типа: видеоимпульсы и радиоимпульсы.

Видеоимпульс - это кратковременное изменение напряжения (или тока) при наличии постоянной (в среднем) составляющей напряжения (или тока). Графическое изображение в зависимости от времени, нап­ример, напряжения определяет геометрическую форму импульса; прямо­угольную, трапецеидальную, экспоненциальную, треугольную (пилообразную) и т.д., см. рис.П-1. Импульсы могут иметь положительную либо отрицательную полярность.

Рис. П-1.

Радиоимпульсом называется кратковременное появление высокоча­стотного синусоидального напряжения (или тока). Огибающая (геомет­рическая фигура) радиоимпульса имеет форму видеоимпульса. Частота синусоидального напряжения (или тока) называется несущей частотой.

Для количественной оценки импульсов вводят специальные параметры; амплитуда , длительность импульса, длительность переднего фронта, длительность среза (заднего фронта), мощность импульса.

Длительность импульсов обычно находится в пределах от 10^-9с до 1с. В специальных случаях используются и более короткие импуль­сы.

Под фронтами подразумеваются боковые стороны импульса: передняя и задняя.

Мощность импульса определяется как энергия, выделяемая в цепи при прохождении импульса и отнесённая к его длите­льности.

Импульсы могут быть единичными и периодическими. Для периоди­ческих импульсов вводят понятия: период повторения, частота и сква­жность импульсов.

Периодом повторения импульсов называется интервал времени меж­ду началом двух ближайших однополярных импульсов.

Частота повторения (или следования) - это величина, обратная периоду повторения.

Скважностью называется безразмерная характеристика, равная отношению периода повторения к длительности импульса:

,

где и - длительность паузы, т.е. интервала времени между оконча­нием и началом двух ближайших импульсов (см.рис.П-1).

2. В практической электротехнике импульсы возникают в цепях при установившемся процессе в моменты коммутации: включения и вы­ключения элементов цепей, подключения новых участков цепи и т.п.

В некоторых случаях такие импульсы могут иметь разрушительное дей­ствие. Простейшим примером является частое перегорание электроламп при выключении осветительной сети - в результате импульса тока, возникающего при кратковременном повышении напряжения (ЭДС самоин­дукции).

Формирование импульсов с различными параметрами необходимо для использования на практике (радио, телевидение, радиолокация и т.д.) и в научных исследованиях. Разработаны специальные схемы и устройства (генераторы импульсов), получившие широкое применение в практической и научной деятельности.

Теоретический анализ импульсных схем сводится к определению переходных процессов в контурах электрических цепей и расчёту зависимостей от времени токов и напряжений. Для этого используются специальные методы, изучаемые в курсах электротехники и электроники.

3. Одними из простейших схем для формирования импульсов явля­ются “R - C”, “R - L” и “R – L - C” контуры.

“R - C” контур, используемый для формирования импульсов, обы­чно его называют “R - C” цепочкой (ячейкой). На контур подаётся входное напряжение (постоянное или переменное), на выходе (т.е. на конденсаторе или резисторе) - появляется напряжение, зависящее от переходного процесса в контуре.

Цепочка “R - C”, у которой напряжение на выходе пропорционально производной по времени от входного напряжения, называет­ся дифференцирующей. Напряжение выхода при этом "снимается" с рези­стора.

На рис.П-2а показана схема такой “R - C” цепочки. На рис. П-3а показан результат дифференцирования при подаче на вход прямоугольного двуполярного импульса напряжения. На выходе появляют­ся "пикообразные" импульсы с напряжением, пропорциональным произ­водной по времени от напряжения на фронтах (переднем и заднем) им­пульса, поступающего на вход контура.

Значение при этом (приближённо) определяется форму­лой:

Цепочка “R - C” , у которой напряжение на выходе пропорци­онально интегралу по времени от входного напряжения, называется ин­тегрирующей. Напряжение выхода при этом "снимается" с конденсатора.

На рис.2б показана схема интегрирующей цепочки. На рис.П-3б показан результат (один из возможных) интегрирования при подаче на вход двуполярного прямоугольного импульса напряжения. Кроме показанного (пилообразного) импульса, на выходе могут быть получены им­пульсы экспоненциальной формы, а также прямоугольные импульсы с длительностью больше, чем у входного.

Значение для импульса на выходе определяется (при­ближённо) формулой:

В заключение отметим, что приведённые здесь формулы для напря­жения на выходе не дают точного описания формы импульсов. Для такого расчёта следует найти передаточную функцию (коэффициент переда­чи) контура, которая вычисляется специальными (операторно - спек­тральными) методами.

1