Лекция 31

Раздел 6. Импульсная техника

Глава 19. Формирующие устройства

19.1. Электрические импульсы, их параметры и спектральный состав

В различных областях электроники — в электронно-вычислительной тех­нике, в радиолокации, телевидении, в системах радиосвязи и др.— широко применяют устройства, работающие в импульсном режиме.

Импульсным режимом работы называется такой режим, при котором устройство вырабатывает или находится под воздействием электрической величины, имеющей характер импульсов и перепадов.

Импульсом называют электрическую величину (напряжение, ток, мощность), которая в течение короткого промежутка времени, соизмеримого с длительностью переходных процессов в устройстве, изменяется от одного постоянного (началь­ного) значения до некоторого другого постоянного значения.

Перепадами называют быстрые (скачкообразные) изменения электрической величины между двумя уровнями.

Форма импульсов (рис. 19.1) может быть прямоугольной (а), трапе­цеидальной (б), линейно изменяющейся (треугольной) (в), экспонен­циальной (г) и т. д.

Форма реальных импульсов обычно отличается от представленных на рисунке геометрически правильных импульсов из-за влияния, например, реактивных элементов и др. Так, наиболее часто встречающиеся прямоугольные импульсы обычно имеют реальную форму, показанную на рис. 19.2. Участки аб и вг быстрого нарастания и спада напря­жения называются соответственно фронтом и срезом (спадом) импульса, участок бв, на котором напряжение изменяется сравнительно медленно, называют вершиной. Наибольшее по сравнению с исходной U₀ значение напряжения импульса U_m называют амплитудой (высотой) импульса.

Прямоугольный импульс характеризуют также длительностью импуль­са t_и, которая графически определяется на уровне 0,1U_m; длительностью фронта t_ф и длительностью среза t_с, которые определяются между уровнями от 0,1U_m до 0,9U_m. Изменение напряжения на вершине импульса ΔU называется завалом вершины. Если импульсы следуют друг за другом через равные промежутки времени Т, их называют периодической последовательностью импульсов (рис. 19.3). Дополнитель­ными параметрами периодической последовательности импульсов яв­ляются следующие величины. Период повторения импульсов Т— отрезок времени между одноименными фронтами двух соседних однополярных импульсов. Величина, обратная периоду повторений: F=1/T, называется частотой повторений. Скважность импульсов — отношение периода повторения к длительности импульса: q = T/t_u. Интервал времени между окончанием одного импульса и началом следующего называют паузой: t_п = Т - t_и.

При анализе работы импульсных устройств и передаче импульсных сигналов важно знать спектральный состав этих сигналов. С целью ис­следования этой характеристики используется частотное представление функции в виде спектра (рис. 19.4), представляющее собой преобразо­вание Фурье во временной области — амплитудно-частотную харак­теристику (АЧХ). Эта характеристика играет особую роль при переработ­ке и передаче сигналов, так как определяет параметры и полосу пропускания аппаратуры. Спектры характеризуютсяактивной шири­ной, т. е. диапазоном частот от 0 до f_mах, в котором сосредоточено 95 % энергии сигнала. Например, для импульса прямоугольной фор­мы (рис. 19.4), для колоколообразногоДля неискаженной передачи прямо­угольного импульса необходима полоса пропускания, равная 2/t_и, а для колоколообразного — почти в восемь раз меньшая.

Введем понятие электрического сигнала. Электрический сигнал — это физическая величина (ток, напряжение, электрическая мощность), парамет­ры которой содержат информацию. Для образования сигналов среди многих других способов могут быть использованы импульсы. Сигналы в виде импульсов широко используются в современных цифровых вычислительных машинах.