Электрический_импульс_и_его_характеристики

Электрический_импульс_и_его_характеристики

Лекция №1

Тема:Преобразование импульсных сигналов

Импульсные сигналы и их параметры.

Переходные процессы в линейных цепях.

Дифференцирующая цепь. Интегрирующая цепь.

Браммер Ю.А., Пащук И.Н. Импульсная техника. — М.: Высшая школа,1985.С.8-22, 129-144

Быстров Ю.А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и устройства. — М.: Высшая школа, 1989. — С.46-49.

Импульсные сигналы и их параметры.

Импульсная техника — область радиоэлектроники, изучающая вопросы генерирования, формирования, преобразования и измерения импульсных сигналов.

Импульсный сигнал (электрический импульс) — кратковременное изменение напряжения или тока в электрической цепи, соизмеримое с переходным периодом в этой цепи.

Назначение импульсных сигналов:

Импульсные сигналы используются для представления сигналов в дискретной форме. Основные области применения — радиолокация, телевидение, электронно-вычислительная техника, гидроакустические станции и т.д.). Главное достоинство позволяющее использовать импульсный сигнал то, что он обладает большей помехозащищенностью по сравнению с аналоговым сигналом.

Классификация импульсных сигналов:

Радиоимпульсы (РИ)- кратковременная серия высокочастотных синусоидальных колебаний.

РИ содержит много периодов ВЧ колебаний, а его огибающей является прямоугольный импульс. РИ имеют вид:

РИ снимаются с выхода ВЧ генератора, управление которым осуществляется (модулируется) прямоугольным импульсом.

Видеоимпульсы (ВИ) — кратковременное отклонение напряжения или тока от некоторого исходного уровня (основания импульса).

ВИ получаются при коммутации цепи постоянного тока. При этом исходный уровень может иметь разные значения:

положительный;

отрицательный.

Классификация видеоимпульсов.

Классификация видеоимпульсы может быть произведена по следующим основным признакам:

По полярности ВИ делятся на:

Причем, в ряде случаев такое деление относительно.

По форме ВИ могут быть:

трапециидальные;

колокольные;

экспоненциальные;

пилообразные и т.п.

Электрический импульс и его характеристики

Важной характеристикой импульсов является их форма, визуально наблюдать которую, можно, например, на экране осциллографа. В общем случае форма импульсов имеет следующие составляющие: фронт — начальный подъём, относительно плоская вершина (не для всех форм) и срез (спад) — конечный спад напряжения. Существует несколько типов импульсов стандартных форм, имеющих относительно простое математическое описание, такие импульсы широко применяются в технике

  • Прямоугольные импульсы — наиболее распространённый тип
  • Пилообразные импульсы
  • Треугольные импульсы
  • Трапецеидальные импульсы
  • Экспоненциальные импульсы
  • Колокольные (колоколообразные) импульсы
  • Импульсы, представляющие собой полуволны или другие фрагменты синусоиды (обрезка по горизонтали или по вертикали)

Кроме импульсов стандартной, простой формы иногда, в особых случаях, используются импульсы специальной формы, описываемой сложной функцией, существуют также сложные импульсы, форма которых имеет в значительной степени случайный характер, например, импульсы видеосигнала.

Параметры импульсов

В общем случае импульсы характеризуются двумя основными параметрами — амплитудой (размахом) и длительностью (обозначается τ или tи). Длительность пилообразных и треугольных импульсов определяется по основанию (от начала изменения напряжения до конца), для остальных типов импульсов длительность принято брать на уровне напряжения 50 % от амплитуды, для колокольных импульсов иногда используется уровень 10 %, длительность искусственно синтезированных колокольных импульсов (с чётко выраженным основанием) и полуволн синусоиды часто измеряется по основанию.

Для разных типов импульсов существуют дополнительные параметры, уточняющие форму или характеризующие степень её неидеальности. Например, для описания неидеальности прямоугольных импульсов используются такие параметры, как, длительности фронта и среза (в идеале должны стремиться к нулю), неравномерность вершины, а также размер выбросов напряжения после фронта и среза, возникающих в результате паразитных процессов.

Спектральное представление импульсов

Кроме временного представления импульсов, наблюдаемого по осциллографу, существует спектральное представление, выраженное в виде двух функций — амплитудного и фазового спектра.

Читайте также:  Можно_ли_жить_в_теплице

Спектр одиночного импульса является непрерывным и бесконечным. Амплитудный спектр прямоугольного импульса имеет чётко выраженные минимумы по шкале частот, следующие с интервалом, обратным длительности импульса.

Многократные импульсы

Импульсные посылки (серии импульсов)

Иногда импульсы используются или возникают не поодиночке, а группами, которые называются сериями импульсов или импульсными посылками, в том случае, когда они формируются преднамеренно для передачи куда-либо. Импульсная посылка может нести какую-либо информацию единичного характера или служить в качестве идентификатора. Информационные посылки прямоугольных импульсов, в которых значимыми величинами являются количество импульсов, их временное расположение или длительности импульсов называются кодово-импульсными посылками или, в некоторых областях техники, кадрами, фреймами. Кодирование информации в посылках может быть осуществлено разными способами: двоичный цифровой код, время-импульсный код, код Морзе, набор заданного количества импульсов (как в телефонном аппарате). Во многих случаях импульсные посылки используются не поодиночке, а в виде непрерывных последовательностей посылок.

Импульсные последовательности

Импульсной последовательностью называется достаточно продолжительная последовательность импульсов, служащая для передачи непрерывно меняющейся информации, для синхронизации или для других целей, а также генерируемых непреднамеренно, например, в процессе искрообразования в коллекторно-щёточных узлах. Последовательности подразделяются на периодические и непериодические. Периодические последовательности представляют собой ряд одинаковых импульсов, повторяющихся через строго одинаковые интервалы времени. Длительность интервала называется периодом повторения (обозначается T), величина, обратная периоду — частотой повторения импульсов (обозначается F). Для последовательностей прямоугольных импульсов дополнительно применяются ещё две однозначно взаимосвязанных друг с другом параметра: скважность (обозначается Q) — отношение периода к длительности импульса и коэффициент заполнения — обратная скважности величина; иногда коэффициент заполнения используют и для характеристики квазипериодической и случайной последовательностей, в этом случае он равен среднему отношению суммы длительностей импульсов за достаточно большой промежуток времени к длительности этого промежутка. Спектр периодической последовательности является дискретным и бесконечным для конечной последовательности, конечным для бесконечной. Среди непериодических последовательностей с, технической точки зрения, наибольший интерес представляют квазипериодические и случайные последовательности (на практике используются псевдослучайные). Квазипериодические последовательности представляют собой последовательности импульсов, период которых или другие характеристики варьируются вокруг средних значений. В отличие от спектра периодической последовательности, спектр квазипериодической последовательности является, строго говоря, не дискретным, а гребенчатым, с незначительным заполнением между гребнями, однако, на практике этим иногда можно пренебречь, так, например, в телевизионной технике для создания полного видеосигнала к сигналу чёрно-белого изображения добавляют сигнал цветности таким образом, что гребни его спектра оказываются между гребнями чёрно-белого видеосигнала.

Импульсы как носители информации

По характеру информации импульсные сигналы могут использоваться однократно(разовое сообщение о событии) или для непрерывной передачи информации Последовательности импульсов могут передавать дискретизированную по времени аналоговую информацию или цифровую, возможны также случаи, когда в единый, в физическом смысле, сигнал вложено два вида информации, например, телевизионный сигнал с телетекстом.

Для представления информации используются различные характеристики как собственно импульсов, так и их совокупностей, как по отдельности, так и в сочетаниях

  • Форма импульсов
  • Длительность импульсов
  • Амплитуда импульсов
  • Частота следования импульсов
  • Фазовые соотношения в последовательности импульсов
  • Временные интервалы между импульсами в посылке
  • Позиционное комбинирование импульсов в посылке

Таким образом, можно выделить несколько обобщённых типов импульсных сигналов, несущих непрерывную информацию

  • Цифровой сигнал, информация в котором, как правило (но не обязательно), содержится в виде кодовых посылок
  • Аналоговый дискретизированный сигнал в виде квазипериодической последовательности
  • Аналоговый дискретизированный сигнал в виде импульсных посылок с аналоговым кодированием информации
  • Отдельно от предыдущих типов надо выделить видеосигнал (и соответствующий ему модулированный радиосигнал), в котором, в отличие от других сигналов, непрерывная информация содержится внутри самого импульса, благодаря его сложной форме
Читайте также:  Отопление_второго_этажа_печью_первого_этажа

Электрические импульсы и их характеристики

До сих пор при знакомстве с микросхемой мы имели дело с постоянным током, ведь входные сигналы в процессе опытов подавались вручную с помощью проволочной перемычки. В результате чего на выходе схемы получалось постоянное напряжение низкого или высокого уровня. Такой сигнал носил случайный характер.

В собранной нами схеме мультивибратора напряжение на выходе будет импульсным, то есть меняющимся с определенной частотой скачкообразно от низкого уровня к высокому и обратно. Такой сигнал в радиотехнике называют импульсной последовательностью или просто последовательностью импульсов. На рисунке 2 показаны некоторые разновидности электрических импульсов и их параметры.

Участки импульсной последовательности, на которых напряжение принимает высокий уровень принято называть импульсами высокого уровня, а напряжение низкого уровня это есть паузы между импульсами высокого уровня. Хотя на самом деле все относительно: можно считать, что импульсы имеют низкий уровень, которым и будет включаться, например, какое-либо исполнительное устройство. Тогда паузой между импульсами будет считаться как раз высокий уровень.

Рисунок 2. Последовательности импульсов.

Одним из частных случаев формы импульсов является меандр. В этом случае длительность импульса равна длительности паузы. Для оценки соотношения длительности импульса пользуются параметром, который называется скважностью. Скважность показывает во сколько раз период следования импульса больше длительности импульса.

На рисунке 2 период следования импульсов обозначен, как и везде, буквой Т, а длительность импульса и паузы соответственно tи и tп. В виде математической формулы скважность будет выражена так: S = Т / tи.

В силу этого соотношения скважность импульсов типа «меандр» равняется двум. Термин меандр в данном случае заимствован из строительства и архитектуры: это один из способов кладки кирпича, рисунок кладки как раз напоминает указанную последовательность импульсов. Последовательность импульсов «меандр» показана на рисунке 2а.

Величина, обратная скважности называется коэффициентом заполнения и обозначается буквой D от английского Duty cycle. Согласно вышесказанному D = 1/S.

Зная период следования импульсов можно определить частоту следования, которая вычисляется по формуле F = 1/T.

Начало импульса называется фронтом, а окончание соответственно спадом. На рисунке 2б изображен положительный импульс со скважностью 4. Его фронт начинается от низкого уровня и переходит в высокий. Такой фронт называется положительным или восходящим. Соответственно спад данного импульса, как видно на картинке, будет отрицательным, падающим.

Для импульса низкого уровня фронт будет падающим, а спад нарастающим. Эта ситуация показана на рисунке 2в.

После такой небольшой теоретической подготовки можно приступать к опытам. Для того, чтобы собрать мультивибратор, показанный на рисунке 1, достаточно к микросхеме уже установленной на макетной плате, припаять два конденсатора и два резистора. Для исследования выходных сигналов можно воспользоваться просто вольтметром, желательно стрелочным, а не цифровым. Об этом уже было сказано в предыдущей части статьи.

Конечно, прежде чем включать собранную схему надо проверить, нет ли каких-нибудь замыканий и правильность сборки в соответствии со схемой. При указанных на схеме номиналах конденсаторов и резисторов напряжение на выходе мультивибратора будет изменяться от низкого уровня до высокого не более, чем тридцать раз в минуту. Таким образом, стрелка вольтметра, подключенная, например, к выходу первого элемента, будет совершать колебания от нуля практически до пяти вольт.

Читайте также:  Проект_дома_9х9_двухэтажный_из_кирпича

То же самое можно будет увидеть, если подключить вольтметр к другому выходу: амплитуда и частота отклонений стрелки будут те же, что и в первом случае. Ведь не зря такой мультивибратор часто называют симметричным.

Если теперь не полениться и подключить параллельно конденсаторам еще по одному конденсатору такой же емкости, то можно увидеть, что стрелка стала колебаться раза в два медленнее. Частота колебаний уменьшилась в два раза.

Если теперь на место конденсаторов как указано на схеме запаять конденсаторы меньшей емкости, например по 100 микрофарад, то можно заметить просто повышение частоты. Стрелка прибора будет колебаться намного быстрее, но все же ее движения еще достаточно заметны.

А что получится, если изменить емкость только одного конденсатора? Например, один из конденсаторов так и оставить емкостью 500 микрофарад, а другой заменить на 100 микрофарад. Заметно будет увеличение частоты, а, кроме того, стрелка прибора покажет, что изменилось временное соотношение импульсов и пауз. Хотя и в этом случае согласно схеме мультивибратор все равно остался симметричным.

Теперь попробуем еще уменьшить емкость конденсаторов, например 1…5 микрофарад. В этом случае мультивибратор будет генерировать звуковую частоту порядка 500…1000 Гц. Стрелка прибора на такую частоту реагировать не сможет. Она будет просто находиться где-нибудь посреди шкалы, показывая средний уровень сигнала.

Тут уже просто не понятно, то ли на самом деле идут импульсы достаточно высокой частоты, то ли на выходе микросхемы «серый» уровень. Чтобы такой сигнал различить требуется осциллограф, который есть не у всех. Поэтому, чтобы убедиться в работе схемы, можно через конденсатор емкостью 0,1 мкФ подключить головные телефоны, и услышать этот сигнал.

Любой из резисторов можно попробовать заменить переменным, примерно такого же номинала. Тогда при его вращении частота будет изменяться в некоторых пределах, что дает возможность ее точной настройки. В ряде случаев это бывает необходимо.

Однако, вопреки всему рассказанному, случается, что мультивибратор работает неустойчиво или не запускается вовсе. Причина этого явления кроется в том, что эмиттерный вход микросхем ТТЛ весьма критичен к номиналам резисторов, установленных в его цепи. Эта особенность эмиттерного входа заключается в следующих причинах.

Резистор на входе является частью одного из плеч мультивибратора. За счет тока эмиттера на этом резисторе создается напряжение, которое закрывает транзистор. Если сопротивление этого резистора сделать в пределах 2…2,5 Ком, падение напряжения на нем будет настолько большим, что транзистор просто перестает реагировать на входной сигнал.

Если же наоборот взять сопротивление этого резистора в пределах 500…700 Ом, транзистор будет все время открыт и входными сигналами не управляется. Поэтому данные резисторы следует подбирать исходя из этих соображений в диапазоне 800…2200 Ом. Только так можно добиться устойчивой работы мультивибратора, собранной по этой схеме.

Тем не менее, на работу такого мультивибратора влияют такие факторы, как температура, нестабильность источника питания, и даже разбросы параметров микросхем. Микросхемы разных производителей зачастую отличаются весьма значительно. Это касается не только 155-й серии, а и других. Поэтому мультивибратор, собранный по такой схеме практически применяется очень редко.

Ссылка на основную публикацию
Экоклинкер_новочебоксарск_официальный_сайт
ООО «Экоклинкер» , Новочебоксарск Главная Адрес электронной почты 429950, Россия, , , ул.Промышленная, д.91 «Экоклинкер» — это инвестиционный проект по...
Шторы_на_кухню_фиолетовые_с_белым
Дизайн фиолетовой кухни (фото) Некоторые считают, что фиолетовый цвет, который является символом таинственности и утонченности, не совсем подходит для интерьера...
Шторы_под_голубые_стены
Голубые обои для стен: фаворит природных акцентов в домашнем интерьере Один из самых чувственных и романтичных оттенков – голубой –...
Экологические_проблемы_промышленных_и_бытовых_отходов
Бытовые отходы как экологическая проблема российских городов Чтобы поменьше отравлять землю, воду и воздух вокруг себя, коммунальные отходы нужно перерабатывать...
Adblock detector