Лекция 14

4 Импульсная техника.

В данном разделе будут рассмотрены устройства, предназначенные для преобразования импульсных сигналов.

4.1 Импульсный сигнал, его характеристики.

Под импульсным сигналом будем понимать импульс напряжения или тока как показано на рис.117, т.е. сигнал, имеющий определенную длительность и величину.

Н

Рис. 117. Характеристики импульсного сигнала.

а рисунке показана последовательность из двух импульсов. Электрической характеристикой сигнала является его амплитуда - Ua, т.е. максимальное значение напряжения или тока. Для оценки временных характеристик проводят две горизонтальные секущие по уровням 0,1Ua и 0,9Ua. Интервал времени от 0,1 до 0,9Ua обозначают tфр и называют длительность фронта сигнала, а интервал от 0,9 до 0,1Ua обозначают tсп и называют длительность спада. Длительность сигнала по уровню 0,9Ua называют длительностью импульса и обозначают tимп.

Если сигнал периодический, то необходима еще одна временная характеристика ─ период ─ Т. Величина обратная периоду называется частотой и обозначается f = 1/T.

Если длительность фронта или спада для данного исследования не имеет существенного значения, то такие характеристики как длительность импульса t_импи периодTопределяют по уровню 0,5Ua.

Современная вычислительная техника использует потенциальную систему кодирования логических и арифметических переменных электрическими сигналами. Сущность этого кодирования состоит в том, что каждое значение переменной должно быть поставлено в однозначное соответствие значению электрического сигнала. В качестве электрического сигнала используют электрическое напряжение, измеренное относительно общего провода. Следовательно, если арифметическая переменная имеет бесконечное количество значений, то и кодирующее её напряжение должно иметь бесконечное количество значений. Однако в этом случае возникает задача распознования всех значений напряжения, практически не разрешимая принципиально. Так как напряжение на, каком либо участке электрической цепи зависит не только от параметров этой цепи, но и большого количества параметров случайного характера, например, температура или изменение питающего напряжения.

Эта задача разрешима только тогда, когда количество значений переменных имеют ограничение, например, два. Это требование приводит к тому, что в качестве арифметических основ построения ЭВМ используютдвоичную систему счисления. Это удобно, так как логические переменные тоже имеют толькодвазначения: истина и ложь. При напряжении питания электрических схем 5В приняты следующие уровни кодирования: арифметический ноль "Ø" и логический "ложь" ─ 0-0,8 В, арифметическая единица "1" и логический "истина" ─ 2,5-5 В. Видно, что используются не конкретные уровни напряжения, а диапазоны напряжений для высокой точности распознования значения переменной не зависимо от изменения параметров электрической цепи и напряжения питания.

4.2 Формирователи импульсных сигналов.

К формирователям сигналов относятся устройства, позволяющие из произвольных импульсных сигналов создавать сигналы с заданными характеристиками.

К

Рис.118. Последовательный ограничитель.

Рис.119. Временная диаграмма работы последовательного ограничителя.

таким устройствам в первую очередь относятся ограничители, которые позволяют из сигналов произвольной амплитуды создавать сигналы с требуемыми электрическими характеристиками. Обычно в качестве активного элемента в ограничителях используют электронные компоненты с нелинейными ВАХ (в большинстве это различные диоды). По схемотехническому решению ограничители подразделяются на последовательные и параллельные. У последовательных ограничителей элемент с нелинейной ВАХ включается последовательно с источником сигнала и нагрузкой. В качестве примера последовательного ограничителя рассмотрим схему на рис.. Источник сигнала имеет на выходе двуполярное напряжение амплитудой 8 В (красная линия). В качестве активного элемента используем диод, а в качестве нагрузки резистор. При положительном полупериоде напряжения сигнала диод смещен в прямом направлении и находится в проводящем состоянии. На диоде падает напряжение около 0,7 В, а на нагрузке выделяется около 7,3В (черная линия). При отрицательной полуволне напряжения сигнала диод смещен в обратном направлении, и все напряжение выделяется на диоде. Соответственно, на нагрузке напряжение будет равно нулю. Все это видно на временной диаграмме рис.119.

П

Рис. 120. Последовательный и параллельный ограничитель.

араллельные ограничители имеют схемотехническое решение включающее активный элемент с нелинейной ВАХ параллельно нагрузке. В этом случае напряжение на нагрузке будет определяться параметрами активного элемента. Так если параллельно нагрузке включить стабилитрон, то напряжение на нагрузке будет равно напряжению стабилизации стабилитрона. В предыдущем примере напряжение на нагрузке 7,3 В. Если необходимо чтобы напряжение на нагрузке не превышало 5В, то нужно параллельно нагрузке включить стабилитрон с напряжением стабилизации около 5В. Полученная схема приведена на рис.120.

В качестве последовательного ограничителя используется диод 1N914A, который работает как и в предыдущей схеме, то есть пропускает на на нагрузку только положительную полуволну входного напряжения. При положительной полуволне стабилитрон, включенный параллельно нагрузке и с обратным смещением, будет находиться в состоянии пробоя и будет ограничивать напряжение на нагрузке величиной напряжения стабилизации 5,1В. Резистор величиной 10 оМ, предназначен для ограничения тока пробоя стабилитрона.

Временная диаграмма работы рассматриваемой схемы приведена на рис.121.

Н

Рис.121, Временная диаграмма работы последовательно - параллельного ограничителя.

а рис. 121 показан график изменения входного напряжения (красная линия, масштаб левая ось) и напряжения на нагрузке (черная линия, масштаб правая ось). Входное напряжение двуполярное амплитудой 7В, выходное (напряжение на нагрузке) только положительной полярности, у которого минимальное значение 0В а максимальное ─ 4,7 В (не превышает 5В).

Таким образом, используя в качестве активных элементов ограничителей самые разнообразные нелинейные элементы можно сформировать на нагрузке напряжения с заданными электрическими характеристиками.