Что такое спад вершины

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Спад вершины А в высококачественных импульсных усилителях не должен превышать 10 % от стационарного значения выходного сигнала, принятого за единицу. [1]

Спад вершины измеряется на изображении импульса в точке, отстоящей от его начала ( отсчетную точку выбирают на уровне 0 9 амплитуды импульса) на время, равное длительности 10 мс. [2]

Спад вершины и пик напряжения обратной полярности по окончании импульса равны друг другу. [4]

Спад вершины импульса данного каскада определяется не только вспомогательными цепями, непосредственно обеспечивающими режим его работы. [8]

Здесь спад вершины импульса связан со скачком экранного тока лампы и постепенным, ввиду наличия конденсатора С3, уменьшением напряжения на экранной сетке. [9]

Такой большой спад вершины обычно недопустим. [10]

Физически спад вершины импульса от влияния цепочки CKRK объясняется тем, что в момент скачкообразного изменения тока через лампу, соответствующего фронту импульса, напряжение катодного смещения остается неизменным, так как напряжение на конденсаторе Ск не может измениться мгновенно. После скачкообразного изменения тока напряжение на конденсаторе плавно изменяется, стремясь к новому напряжению смещения, определяемому произведением нового значения тока / о на сопротивление RK; это и создает спад плоской вершины импульса. [11]

На спад вершины импульса влияют также конденсаторы, шунтирующие эмиттерные сопротивления R3, вводимые для температурной стабилизации. Чем больше емкость этих конденсаторов, тем меньше они разряжаются на протяжении импульса, что ограничивает спад вершины. [13]

Источник

ПЕРЕХОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Расчет искажений переходной характеристики : спада вершины

Для получения переходной характеристики обычно подают на вход каскада прямоугольные импульсы. В программе Fastmean предусмотрен генератор сигнала “меандр”. Он должен заменить генератор гармонического сигнала в схеме рис.1.18. Амплитуду входного сигнала можно оставить без изменений

Удобно начинать измерения искажений ПХ с измерения спада вершины импульса ∆.

Спад вершины импульса может быть измерен только при определенной длительности импульса t_И. Для измерения ПХ при установке генератора сигнала необходимо выставить “меандр” и его частоту f=1/Т, где Т-период последовательности импульсов. Период Т= t_И/к, где к-коэффициент заполнения. В Fastmean он указан в процентах.

ПРИМЕР 1.12. Определить частоту генератора прямоугольных импульсов длительностью 5мкс.

Решение: Определяем период Т =5мкс/0,5=10мкс

и частоту генератора f=1/10мкс=100кГц

Для получения переходной характеристики необходимо активировать кнопку “ переходный процесс”.

Рис.1.21. Вид ПХ при длительности однополярного импульса 5мкс.

СПАД ВЕРШИНЫ ИМПУЛЬСА

Получив вид ПХ, вызываем линейку и измеряем максимальное выходное напряжение U_МАХ и выходное напряжение U_МIN при t= t_И.

Стрелка показывает, что максимального значения выходного напряжения U_МАХ =0,245В ПХ достигает при t=0,203 мкс.

ПРИМЕР 1.12. Вычислить спад вершины импульса на рис.1.21

Для измерения времени нарастания t_н установить конечное время, равное времени увеличения выходного напряжения. Его показывает окно линейки при измерении U_МАХ. Установив новое значение конечного времени, переходим к измерению времени нарастания t_н. Если конечное время очень мало, то следует выделить на ПХ требуемый временной участок. Такая ПХ показана на рис.1.22.

Рис.1.22 Вид ПХ при определении времени нарастания

ПРИМЕР 1.13. Определить время нарастания t_н

где t_0,9— время, при котором выходное напряжение

Таким образом t_н=79-5,4=73,6 нс

Аналогичным образом можно производить анализ схем с общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК).

На рис. 1.23 изображена принципиальная схема каскада с ОБ.

Резисторы цепей питания RЭ, RК, RБ1, RБ2 можно рассчитывать по примерам 1.2 или 1.3 и по эквивалентной схеме рис.1.7.

Рис.1.23 Принципиальная схема усилительного каскада с ОБ

Используя эквивалентную схему рис.1.24 можно вести расчеты на переменном токе, предварительно определив параметры транзистора (пример 1.10).

Рис.1.24 Эквивалентная схема усилительного каскада с ОБ

Все сказанное выше о схеме с ОБ можно отнести также и к схеме с ОК.

Принципиальная и эквивалентная схемы каскада с ОК представлены на рис.

Рис.1.25 Принципиальная схема усилительного каскада с ОК.

Особенностью принципиальной схемы с ОК является то, что цепи питания

транзистора на постоянном токе во многих случаях не содержат резистор R_К, коллектор непосредственно подключается к источнику питания +Е_К. Это не оказывает заметного влияния на коэффициент усиления. Он в любом случае меньше единицы.

На переменном токе наличие резистора R_К в коллекторной цепи уменьшает частоту верхнего среза и увеличивает время нарастания.

Рис. 1.26 Эквивалентная схема усилительного каскада с ОК

Рассмотренная методика расчетов транзисторных усилителей позволяет легко и эффективно исследовать различные структуры принципиальных схем в режиме малого сигнала.

2. КАСКАДЫ УСИЛЕНИЯ НА ОПЕРАЦИОННЫХ

Операционным усилителем (ОУ) принято называть усилитель постоянного тока (УПТ) с дифференциальным входом и однополярным выходом, характеризуемый высоким коэффициентом усиления, а также большим входным сопротивлением и малым выходным. ОУ предназначен для работы в схеме с отрицательной образной связью (ОС).

Название ОУ происходит от первоначального применения таких устройств для выполнения аналоговых математических операций.

Современный ОУ содержит значительное число компонентов, в частности, десятки транзисторов, находящихся в миниатюрном кремниевом кристалле.

Рис.2.1 Упрощенная принципиальная схема ОУ µ A 741.

На рис.2.1 показана упрощенная схема [9] “классического” ОУ широкого применения µ A 741 (полная схема включает 24 транзистора). Структурно схему можно разбить на три каскада. Входной каскад выполнен по схеме дифференциального усилителя (транзисторы VT1 и VT2). Вторую ступень усиления образует каскад с ОЭ на транзисторе VT10. Выходной каскад представляет собой эмиттерный повторитель на комплементарных транзисторах VT11, VT12. Внутренний конденсатор обеспечивает устойчивую работу ОУ.

По габаритным размерам и стоимости ОУ мало отличаются от отдельно взятого транзистора. Реализация различных устройств с применением ОУ значительно проще, чем на отдельных транзисторах.Благодаря своим многосторонним возможностям ОУ вытесняет устройства на дискретных транзисторах и ста­новит- ся базовым (унифицированным) узлом в аналоговой схемотехнике.

2.2. Условные графические обозначения ОУ

На рис.2.2 показаны условные обозначения ОУ. Они выполняются на основе треугольников или прямоугольников. Обозначение ОУ прямоугольником, у которого инвертирующий вход обозначают кружком, чаще используют в технической документации. В литературе (особенно иностранной) широко распространенно обозначение ОУ в виде треугольника. В учебной литературе по схемотехнике мы встречаем обозначения ОУ как в треугольниках [1,2], так и в прямоугольниках [3].

Рис. 2.2 Условные графические обозначения операционных усилителей

Выводы ОУ делятся на: входные, выходные и выводы, не несущие функциональной нагрузки, к которым подключаются цепи напряжения питания и элементы, обеспечивающие нормальную работу ОУ. К вспомогательным относятся выводы с метками FC – для подсоединения цепи, корректирующей АЧХ ОУ, выводы NC – для подключения элементов балансировки по постоянному току (установки нуля на выходе), а также вывод металлического корпуса (┴) для соединения с общим проводом устройства, в которое входит ОУ (рис.2.2.в).

Входы показывают слева, выходы — справа. Входное и выходное напряжения измеряются относительно общей точки. Таким образом, интегральные ОУ должны иметь, как минимум, 5 выводов:

2—входных, выходной и 2 для подключения источников питания.

Большинство ОУ имеют один несимметричный выход и два входа, сим­метричных по отношению к общему проводу. Прямые входы и выходы обо­значают линиями, присоединяемыми к контуру графического изображения ОУ без каких-либо знаков, а с кружками в месте присоединения ─ инверсные входы и выходы (рис.2.2а, б).

Иное обозначение выводов с помощью знаков + и ─ показано на рис. 2.3. Прямой вход еще называют неинвертирующим, так как фаза выходного сигнала совпадает с фазой сигнала, поданного на этот вход. Другой вход называют инвертирующим, так как фаза выходного сигнала сдвинута на 180° относительно входного сигнала.

Рис.2.3 Обозначение ОУ со знаками полярности

Для лучшего понимания и большей наглядности принципиальных cxeм допускается упрощенное обозначение ОУ, в котором сохраняются лишь ос­новное поле и сигнальные выводы (рис. 2.3.б). Входное и выходное напряжения измеряются относительно общей точки.

Выводы питания обычно на схемах не показывают, однако следует помнить, что без подачи питания ОУ не работает. Общий провод, играющий роль сигнального вывода, также может быть не показан.

Входы ОУ оказывают на выходное напряжение равное в количественном отношении, но противоположное по знаку влияние. Если к входам приложены синфазные, действующие одновременно одинаковые по величине и фазе относительно общего провода сигналы, то их влияние будет взаимно скомпенсировано и выход будет иметь нулевой по­тенциал, благодаря чему параметры ОУ мало чувствительны к изменениям напряжения питания, температуры и других внешних факторов. Напряжение на выходе ОУ должно быть лишь в том случае, когда на его входах действуютразличные по уровню сигналы.

Входной каскад ОУ выполняется в виде дифференциального каскада (ДК), поэтому он имеет два входа и реагирует на разность приложенных к ним напряжений, т. е. на дифференциальный сигнал U_D (рис.2.2а).

Все напряжения ОУ измеряются относительно общего провода.

Чтобы обеспечить возможность работы ОУ как с положительными так и с отрицательными входными сигналами, требуется двухполярное напряжение питания. Для этого необходимо предусмотреть два источника напряжения, которые подключаются к соответствующим выводам ОУ. Их в общем случае обозначают латинской буквой U. Вместо буквы можно указывать номинальноезначение напряжения и его полярность (рис.2.2.в).

Для питания транзисторов двухтактного оконечного каскада необходимо либо 2 источника питания, либо 1 источник питания и 2 конденсатора очень большой емкости, либо 1 источник питания и выходной трансформатор. Поскольку ни трансформатор, ни конденсатор большой емкости по микроэлектронной технологии получить невозможно, то для питания ОУ почти всегда используют 2 источника питания.

При двух источниках питания упрощается схемотехника и технология изготовления не только оконечного каскада, но и входного. Кроме того, два источника питания позволяют увеличить входное сопротивление дифференциального каскада, так как при двух источниках питания можно обойтись без резистивных делителей в базовых цепях или цепях затворов входных транзисторов, уменьшающих входное сопротивление ДК.

Характерной особенностью ОУ при двух полярном питании является то, что он дает возможность получить близкое к нулю выходное напряжение при отсутствии входного сигнала. При этом потенциалы обоих входов будут близки к потенциалу выхода усилителя. Эти свойства ОУ позволяют подключать нагрузку и источники входных напряжений, не заботясь о разделении переменной и постоянной составляющих. Поэтому расчет элементов цепей питания, как это делается в транзисторных каскадах, в ОУ не производится.

Значения напряжений источников питания различны от ±3 до ±18В. Существуют ОУ, рассчитанные на работу от однополярного источника питания.

Источник питания должен иметь общую точку, подключенную к корпусу. ОУ также должен быть подключен к корпусу своей средней точкой.

Типичная схема питания ОУ изображена на рис. 2.4.

Рис 2.4 Цепи питания ОУ

Два источника питания подключаются соответствующими выводами к ОУ, а два других вывода подключаются к земле или общей точке оборудования. Включение защитных диодов рекомендуется для всех источников питания, у которых можно случайно перепутать подводящие провода. Диоды D1,D2 пропускают ток только в правильном направлении. Конденсаторы обеспечивают развязку шин питания по переменному току, защищая усилитель от самовозбуждения по цепям питания. Обычно здесь используются дисковые керамические конденсаторы. Их всегда необходимо подключать по возможности ближе к выводам интегральной схемы

2.4 Параметры и характеристики ОУ

2.4.1. Понятие об идеальном ОУ

По принципу действия ОУ сходен с обычным усилителем. Он также предназначен для усиления напряжения или мощности входного сигнала. Однако ОУ специально создан для использования в схемах с глубокой ОС так, чтобы параметры устройства определялись преимущественно параметрами цепи ОС, а сам он был функционально незаметен. Такой ОУ по своим характеристикам должен приближаться к идеальному. С идеальным ОУ обычно связывают бесконечно большой коэффициент усиления в бесконечно большой полосе пропускания, бесконечное входное и нулевое выходное сопротивления.

Эти свойства даже теоретически полностью достигнуты быть не могут, поэтому в каждом случае можно говорить лишь о доступной степени приближения к идеальным свойствам. Близость параметров реального ОУ к идеальным определяет точность, с которойможет работать данный ОУ в тех или иных устройствах. Знание основных параметров позволяет выяснить ценность конкретного ОУ, быстро и правильно сделать выбор подходящего, проектировать устройства практическибез проведения макетирования, предотвращать работу ИС в недопустимомрежиме и уменьшать вероятность отказа. Наиболее важные параметры и характеристики ОУ рассмотрены ниже.

2.4.2. Статические параметры ОУ

Коэффициент усиления является основным параметром ОУ на низкой частоте. Он определяется отношением выходного напряжения

U выхбез ОС в режиме холостого хода к дифференциальному (разностному) напряжению U _D=U₍₊₎ – U_(─)на входе ОУ.

ОУ имеет очень высокий коэффициент усиления, типичное значение которого составляет 200000, т.е. 106 дБ. Это внутренний собственный коэффициент усиления ОУ, называемый коэффициентом усиления при разомкнутой цепи ОС.

Учитывая, что входное сопротивление ОУ очень велико (будем считать его бесконечным), а выходное очень мало (или равно нулю), можно представлять ОУ без ОС в виде активного четырехполюсника типа ИНУН (источник напряжения, управляемый напряжением). В теории собственный коэффициент усиления ИНУН обозначают буквой µ. Выходная цепь ОУ представлена эквивалентным генератором (рис 2.5), развивающим напряжение, пропорциональное внутреннему коэффициенту усиления и разности напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах. Полярность выходного напряжения зависит от полярности разности входных напряжений.

Рис 2.5 Представление ОУ в виде активного четырехполюсника ИНУН

Коэффициент усиления ОУ µ, определяется из соотношения

В справочных данных собственный коэффициент усиления ОУ имеет разные обозначения: А, К, А_D, K_D, К_U и др.

Идею бесконечного коэффициента усиления представить трудно.

Важным для понимания является то, что U_Dдолжно быть бесконечно

мало по сравнению с любым значением U_ВЫХ, встречающимся на

Определить максимальную разность напряжений U_D между входами ОУ.

Дано: Выходное напряжение ОУ ограничивается Um=12В,

Коэффициент усиления при разомкнутой цепи ОС µ=150000.

Полученный результат дает основание считать напряжение на входе идеального ОУ U_D =0.

2.5 ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ОУ

Напоминаем, что ОУ предназначен для выполнения различных операций над аналоговыми величинами при работе в схеме с глубокой отрицательной обратной связью.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Спад плоской вершины импульса в каскаде с транзистором Tj создают цепи связи и эмиттера. Фильтрующая ячейка Сф ф выполняет корректирующую функцию, она обусловливает подъем плоской вершины импульса. [2]

Спад плоской вершины импульса создают цепи связи и эмиттера. Фильтрующая ячейка СфКф выполняет также и корректирующую функцию, обусловливая подъем плоской вершины импульса. [4]

Спад плоской вершины импульса обусловлен снижением коэффициента усиления на низких частотах. Частота / и зависит от емкостей разделительных и блокировочных конденсаторов. Поэтому в импульсных усилителях эти конденсаторы имеют большие емкости, чем в усилителях гармонических колебаний. [6]

Спад плоской вершины импульса обусловливается индуктивностью LJ. На низких частотах ее сопротивление становится небольшим, так что напряжение, передаваемое дальше к нагрузке, уменьшается. [8]

Определим спад плоской вершины импульса за счет цепей связи. [9]

Физически спад плоской вершины усиливаемых импульсов в трансформа-горном каскаде объясняется тем, что нарастающий по экспоненциальному закону во время прохождения плоской вершины импульса ток первичной обмотки стремится к установившемуся значению, определяемому активным сопротивлением цепи. [10]

Физически спад плоской вершины усиливаемых импульсов в трансформаторном каскаде объясняется тем, что нарастающий по экспоненциальному закону во время прохождения плоской вершины импульса ток первичной обмотки стремится к установившемуся значению, определяемому активным сопротивлением цепи. Поэтому напряжение на вторичной обмотке трансформатора, пропорциональное противоэлектродвижущей силе первичной обмотки, а следовательно, и первой производной тока первичной обмотки по времени, падает по закону (5.70), стремясь к нулю при неограниченном увеличении времени. [11]

Источник

Электрический_импульс_и_его_характеристики

Всем доброго времени суток. Сегодняшний мой пост начинает серию статей про импульсные устройства. Такие устройства предназначены для формирования и преобразования электрических сигналов, имеющих характер импульсов и перепадов напряжений. К импульсным устройствам относятся все цифровые микросхемы и некоторые аналоговые, например, микросхемы генераторов и компараторов. Ранее я рассматривал один из основных элементов импульсных устройств – транзистор, работающий в ключевом режиме.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Формы импульса (слева направо): прямоугольная, трапецеидальная, пилообразная, экспоненциальная.

В радиоэлектронике используются импульсы самых разнообразных форм, но наиболее распространённые это: прямоугольные, трапецеидальные, пилообразные и экспоненциальные формы импульсов. Форма любого импульса характеризуется следующими основными параметрами:

В случае использовании периодичности повторяющихся импульсов имеют большое значение такие параметры, как скважность импульсов (ξ или S), коэффициент заполнения импульсов (η или D), частота повторения импульсов (f) и период повторения импульсов (T). Данные параметры имеют следующие соотношения между собой

Форма реального импульса

Временные параметры импульса (tи, tф, tс, tв) имеют точное значение только в случае идеального импульса, а в реальности лишь в некоторой степени имеют приближённое значение. Поэтому временные параметры отсчитываются от некоторых приближённых величин, которые в достаточной для практики точности имеют значения 0,05 и 0,95. Поясню на примере формы реального импульса, изображённого выше: при определении длительности фронта (tф) импульса, за начало фронта принимают значение 0,05*Um, а за окончание фронта – 0,95*Um. В случае длительности среза, соответственно, начало – 0,95*Um, а окончание – 0,05*Um.

Переходный процесс

Рассмотрение импульсных устройств и схем не возможно без представлении о переходном процессе. Он возникает в цепях при различных коммутациях, то есть при включении или выключении элементов схемы, источников напряжения, при коротких замыканиях отдельных цепей и т.д. Переходный процесс объясняется тем, что энергия электромагнитных полей, связанных с цепью, в разные промежутки времени неодинакова, а резкое изменение энергии невозможно из-за ограниченной мощности источников питания.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что напряжение на ёмкости и ток в индуктивность не могут изменяться скачкообразно, так как данные параметры определяют энергию электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки индуктивности.

Таким образом, можно сделать вывод, что при рассмотрении импульсных схем наибольшее внимание необходимо обратить на цепи, представляющие собой комбинации резисторов и конденсаторов или резисторов и катушек индуктивностей (RC- и RL-цепей). Такие цепи применяются непосредственно для формирования импульсов, а также являются важнейшими элементами релаксационных генераторов, триггеров и других устройств. Поэтому ниже рассмотрим основные свойства элементарных RC- и RL-цепей, а также изменение формы импульсов при прохождении через эти цепи.

Влияние RC- и RL-цепей на импульсы различной формы

Несмотря на то, что формы электрических импульсов довольно разнообразны, их можно представить в виде суммы элементарных (типовых) напряжений трёх форм: скачкообразного, линейно изменяющегося и экспоненциального. Поэтому рассмотрим воздействие различных форм напряжений на RC- и RL-цепи.

Изображение RC- и RL-цепей.

Элементарные формы напряжения (сверху вниз): ступенчатое, линейно-изменяющееся, экспоненциальное.

Ступенчатое изменение напряжения

. При подключении RC-цепи к источнику постоянного напряжения uвх = Е = const, напряжения на конденсаторе и резисторе будет изменяться по экспоненциальному закону:

где е – математическая постоянная, е = 2,72; t – время, с; τ

– постоянная времени, с.
τ = RC
.

С определением напряжения всё понятно, но в практике чаще возникает вопрос о времени установления напряжения. Например, необходимо вычислить время за которое на конденсаторе установится напряжение равное uС = 0,95 Е. Простым преобразованием формулы напряжения получим

Аналогично при подключении RL-цепи к источнику постоянного напряжения uвх = Е = const

Линейно изменяющееся напряжение

. При подключении RC-цепи к источнику линейно изменяющегося напряжения uВХ = kt, напряжения на резисторе и конденсаторе будут изменяться согласно следующей формуле

Для RL-цепи подключённой к источнику с линейно изменяющимся напряжением uВХ = kt, напряжения на элементах соответственно будут такими

Временные диаграммы напряжений при линейно изменяющемся напряжении в RC- и RL-цепях.

Соответственно напряжение на конденсаторе будет равно разности напряжений источника и напряжения на резисторе

Временные диаграммы для uR представлены ниже при различных значениях q. При больших значениях q, то есть постоянной времени цепи τ, формы напряжений uR близки к формам, соответствующим ступенчатому изменению входного напряжения. При уменьшении τ, кроме сокращения длительности спада напряжения uR, уменьшается и максимальное значение uR.

Временные диаграммы напряжений на резисторе RC-цепи при различных значениях q = τ/τ1.

Формулы и временные диаграммы для напряжений на выходе RL-цепи оказываются такими же, как и для RC-цепи.

Импульсы и запускающие сигналы (триггеры)

Общая характеристика импульсного сигнала

Виды импульсных сигналов. Под импульсной техникой понимают область радиоэлектроники, изучающую формирование импульсных сигналов и их прохождение через электрические цепи. Импульсный сигнал может состоять из одного или серии импульсов. Под импульсом понимают быстрое появление и исчезновение тока или напряжения, т. е. кратковременное действие тока или напряжения на электрическую цепь или устройство. В импульсной технике различают два вида импульсных сигналов — видеоимпульсы

(рис. 1, а), представляющие собой кратковременные односторонние (относительно оси времени) изменения напряжения или тока в цепи постоянного тока, и
радиоимпульсы
(рис. 1, б)—сигнал, состоящий из высокочастотных колебаний напряжения или тока, огибающая которых повторяет форму видеоимпульса. В импульсной технике в основном рассматривают видеоимпульсы.

Форма импульсов

Импульсы могут иметь прямоугольную, трапецеидальную, колоколообразную, треугольную и экспоненциальную

Рис. 1. Одиночные импульсы: а — видеоимпульс, б — радиоимпульс

форму (рис. 2). В импульсе различной формы различают фронт, вершину и спад. Импульсы могут быть положительной или отрицательной полярности. Импульсы положительной полярности на графиках изображают выше горизонтальной оси времени, а отрицательной — ниже оси.

Параметры импульсов. Каждый импульс характеризуется амплитудой А

(см. рис. 1, а), длительностью импульса
t
и, длительностями фронта
t
ф, спада
t
с, снижением вершины Δ
А,
а также мощностью в импульсе
Р
и.

Рис. 2. Формы импульсов: а — прямоугольная, б — трапецеидальная, в — колоколообразная, е — треугольная, д —экспоненциальная

однополярного импульса характеризуется величиной (размахом) напряжения или тока от нуля до максимального значения импульса данной формы. В двустороннем импульсе величина от вершины положительного до вершины отрицательного импульса называется
полным размахом импульса
(полной амплитудой
A
п).

Длительность импульса
t
п — интервал времени, в течение которого ток или напряжение действует на электрическую цепь. В реальных схемах искажается форма импульсов, поэтому длительность определяют на уровне 0,1
A
и реже по основанию импульса. Активную длительность импульса
t
и.a измеряют на уровне 0,5
А.
Длительность фронта t

ф и спада
tc
оценивается интервалом времени, в течение которого амплитуда импульса нарастает от 0,1 до 0,9 своего максимального значения и падает от 0,9
A
до 0,1
А.
В большинстве случаев желательно иметь минимальные
t
ф и
to.
Снижение вершины ΔА

практически не должно превышать (0,01—0,05)
А.
Мощность в импульсе характеризуется отношением энергии W, выделенной в цепи при прохождении импульса, к его длительности t

Для периодической последовательности импульсов (рис, 3, а)

свойственно следование импульсов через равные промежутки времени. Ее характеризуют следующие параметры.

и — интервал времени от момента появления одного импульса до момента появления следующего импульса той же полярности.

Частота следования
F
и
,
являющаяся величиной, обратной периоду следования, т. е.

Длительность паузы
Т
и
—
время между моментом окончания одного импульса и началом другого:

Скважность импульсов Q,

определяемая как отношение периода следования
Т
и к длительности
t
и

Среднее значение импульсного тока (напряжения) получается, если ток (напряжение) импульса равномерно распределить на весь период так, чтобы площадь прямоугольника I

ср
T
и (рис. 3,б) была равновелика площади импульса
Sи

Средняя мощность PСр определяется отношением энергии W,

выделенной в цепи за период следования импульса Tи, к длительности этого периода:

Электронные приборы для импульсных схем очень часто выбирают по средней мощности.

Часто в электронных схемах требуется сгенерировать разные типы сигналов, имеющих различные частоты и формы, такие как меандры, прямоугольные, треугольные, пилообразные сигналы и различные импульсы.

Эти сигналы различной формы могут использоваться в качестве сигналов синхронизации, тактирующих сигналов или в качестве запускающих синхроимпульсов. В первую очередь необходимо понять основные характеристики, описывающие электрические сигналы.

С технической точки зрения, электрические сигналы являются визуальным представлением изменения напряжения или тока с течением времени. То есть, фактически — это график изменения напряжения и тока, где по горизонтальной оси мы откладываем время, а по вертикальной оси — значения напряжения или тока в этот момент времени. Существует множество различных типов электрических сигналов, но в целом, все они могут быть разбиты на две основные группы.

— это электрические сигналы, которые всегда положительные или всегда отрицательные, не пересекающие горизонтальную ось. К однонаправленным сигналам относятся меандр, тактовые импульсы и запускающие импульсы.

— эти электрические сигналы также называют чередующимися сигналами, так как они чередуют положительные значения с отрицательными, постоянно пересекая нулевое значение. Двухполярные сигналы имеют периодическое изменение знака своей амплитуды. Наиболее распространенным из двунаправленных сигналов, является синусоидальный.

Будучи однонаправленными, двунаправленными, симметричными, несимметричными, простыми или сложными, все электрические сигналы имеют три общие характеристики:

— это отрезок времени, через который сигнал начинает повторяться. Это временное значение также называют
временем периода
для синусоид или
шириной импульса
для меандров и обозначают буквой
T
.

— это число раз, которое сигнал повторяет сам себя за период времени равный
1
секунде. Частота является величиной, обратной периоду времени, ( ). Единицей измерения частоты является Герц (
Гц
). Частотой в
1Гц
, обладает сигнал, повторяющий
1
раз за
1
cекунду.

— это величина изменения сигнала. Измеряется в Вольтах (
В
) или Амперах (
А
), в зависимости от того, какую временную зависимость (напряжения или тока) мы используем.

Периодические сигналы

Периодические сигналы являются самыми распространенными, поскольку включают в себя синусоиды. Переменный ток в розетке дома представляет из себя синусоиду, плавно изменяющуюся с течением времени с частотой 50Гц

Время, которое проходит между отдельными повторениями цикла синусоиды называется ее периодом

. Другими словами, это время, необходимое для того, чтобы сигнал начал повторяться.

Период может изменяться от долей секунды до тысяч секунд, так как он связан с его частотой. Например, синусоидальный сигнал, которому требуется 1

секунда для совершения полного цикла, имеет период равный одной секунде. Аналогично, для синусоидального сигнала, которому требуется
5
секунд для совершения полного цикла, имеет период равный
5
секундам, и так далее.

Итак, отрезок времени, который требуется для сигнала, чтобы завершить полный цикл своего изменения, прежде чем он вновь повторится, называется периодом сигнала

и измеряется в секундах. Мы можем выразить сигнал в виде числа периодов
T
в секунду, как показано на рисунке ниже.

Синусоидальный сигнал

Время периода часто измеряется в секундах ( с ), миллисекундах (мс) и микросекундах (мкс).

Для синусоидальной формы волны, время периода сигнала также можно выражать в градусах, либо в радианах, учитывая, что один полный цикл равен 360°

Период и частота математически являются обратными друг другу величинами. С уменьшением времени периода сигнала, его частота увеличивается и наоборот.

Соотношения между периодом сигнала и его частотой:

Один герц в точности равен одному циклу в секунду, но один герц является очень маленькой величиной, поэтому часто можно встретить префиксы, обозначающие порядок величины сигнала, такие как кГц

Меандр

Меандры широко используются в электронных схемах для тактирования и сигналов синхронизации, так как они имеют симметричную прямоугольную форму волны с равной продолжительностью полупериодов. Практически все цифровые логические схемы используют сигналы в виде меандра на своих входах и выходах.

Так как форма меандра симметрична, и каждая половина цикла одинакова, то длительность положительной части импульса равна промежутку времени, когда импульс отрицателен (нулевой). Для меандров, используемых в качестве тактирующих сигналов в цифровых схемах, длительность положительного импульса называется временем заполнения

Для меандра, время заполнения равно половине периода сигнала. Так как частота равна обратной величине периода, (1/T

), то частота меандра:

Например, для сигнала с временем заполнения равным 10 мс, его частота равна:

Меандры используются в цифровых системах для представления уровня логической «1

» большими значениями его амплитуды и уровня логического «
0
» маленькими значениями амплитуды.

Если время заполнения, не равно 50% от длительности его периода, то такой сигнал уже представялет более общий случай и называется прямоугольным

сигналом. В случае, или если время положительной части периода сигнала мало, то такой сигнал, является
импульсом
.

Прямоугольный сигнал

Прямоугольные сигналы отличаются от меандров тем, что длительности положительной и отрицательной частей периода не равны между собой. Прямоугольные сигналы поэтому классифицируются как несимметричные

В данном случае я изобразил сигнал, принимающий только положительные значения, хотя, в общем случае, отрицательные значения сигнала могут быть значительно ниже нулевой отметки.

На изображенном примере, длительность положительного импульса больше, чем длительность отрицательного, хотя, это и не обязательно. Главное, чтобы форма сигнала была прямоугольной.

Величину обратную скважности называют коэффициентом заполнения (duty cycle

Пусть имеется прямоугольный сигнал с импульсом длительностью 10мс и коэффициентом заполнения 25%. Необходимо найти частоту этого сигнала.

Коэффициент заполнения равен 25% или ¼, и совпадает с шириной импульса, которая составляет 10мс. Таким образом, период сигнала должен быть равен: 10мс (25%) + 30мс (75%) = 40мс (100%).

Прямоугольные сигналы могут использоваться для регулирования количества энергии, отдаваемой в нагрузку, такую, например, как лампа или двигатель, изменением скважности сигнала. Чем выше коэффициент заполнения, тем больше среднее количество энергии должно быть отдано в нагрузку, и, соответственно, меньший коэффициент заполнения, означает меньшее среднее количество энергии, отдаваемое в нагрузку. Отличным примером этого является использование широтно-импульсной модуляции

в регуляторах скорости. Термин
широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
буквально и означает «изменение ширины импульса».

Треугольные сигналы

Треугольные сигналы, как правило, это двунаправленные несинусоидальные сигналы, которые колеблются между положительным и отрицательным пиковыми значениями. Треугольный сигнал представляет собой относительно медленно линейно растущее и падающее напряжение с постоянной частотой. Скорость, с которой напряжение изменяет свое направление равна для обоих половинок периода, как показано ниже.

Как правило, для треугольных сигналов, продолжительность роста сигнала, равна продолжительности его спада, давая тем самым 50% коэффициент заполнения. Задав амплитуду и частоту сигнала, мы можем определить среднее значение его амплитуды.

В случае несимметричной треугольной формы сигнала, которую мы можем получить изменением скорости роста и спада на различные величины, мы имеем еще один тип сигнала известный под названием пилообразный сигнал

Пилообразный сигнал

Пилообразный сигнал — это еще один тип периодического сигнала. Как следует из названия, форма такого сигнала напоминает зубья пилы. Пилообразный сигнал может иметь зеркальное отражение самого себя, имея либо медленный рост, но очень крутой спад, или чрезвычайно крутой, почти вертикальный рост и медленный спад.

Пилообразный сигнал с медленным ростом является более распространенным из двух типов сигналов, являющийся, практически, идеально линейным. Пилообразный сигнал генерируется большинством функциональных генераторов и состоит из основной частоты (f

) и четных гармоник. Это означает, с практической точки зрения, что он богат гармониками, и в случае, например, с музыкальными синтезаторами, для музыкантов дает качественный звук без искажений.

Импульсы и запускающие сигналы (триггеры)

Хотя, технически, запускающие сигналы и импульсы два отдельных типа сигналов, но отличия между ними незначительны. Запускающий сигнал — это всего лишь очень узкий импульс. Разница в том, что триггер может быть как положительной, так и отрицательной полярности, тогда как импульс только положительным.

Форма импульса, или серии импульсов, как их чаще называют, является одним из видов несинусоидальной формы сигналов, похожей на прямоугольный сигнал. Разница в том, что импульсный сигнал определяется часто только коэффициентом заполнения. Для запускающего сигнала положительная часть сигнала очень короткая с резкими ростом и спадом и ее длительностью, по сравнению с периодом, можно пренебречь.

Очень короткие импульсы и запускающие сигналы предназначены для управления моментами времени, в которые происходят, например, запуск таймера, счетчика, переключение логических триггеров а также для управления тиристорами, симисторами и другими силовыми полупроводниковыми приборами.

Остальные типы сигналов, обычно, получают их комбинацией или модуляцией (изменением параметров, используя другой сигнал), например:

Дифференцирующие цепи

Довольно часто в электронике вообще, а в импульсной в частности требуется преобразовать один вид импульсов в другой (например, прямоугольный преобразовать в треугольный). Для этой цели используют различные схемы, в основе которых простейшие RC- и RL-цепи. Такие цепи называются дифференцирующими и интернирующими цепями. Для начала рассмотрим дифференцирующие цепи, которые показаны на изображении ниже.

Своё название дифференцирующие цепи получили от того, что напряжение на выходе такой цепи пропорционально производной входного напряжения, а нахождение производной в математике называется дифференцирование. В случае RC-цепи напряжение снимается с резистора, а в случае RL-цепи – с индуктивности.

.

В настоящее время большинство дифференцирующих цепей основаны на RC-цепях, поэтому будем рассматривать их, но все основные выкладки соответствуют также и RL-цепям.

Рассмотрим, как дифференцирующая цепь будет реагировать на прямоугольный импульс. Прямоугольный импульс представляет собой как бы два скачка напряжения. Реакцию RC-цепи на скачкообразное изменение напряжения рассматривалась выше, а в случае прямоугольного импульса выходное напряжение с дифференцирующей цепи будет в виде двух коротких импульсов различной полярности, длительность которых соответствует 3τ = 3RC

и
3τ = 3L/R
, в случае RL-цепи.

Реакция дифференцирующей цепи на прямоугольный импульс.
Из величины и формы выходного напряжения можно сделать вывод, что дифференциальные цепи вполне могут применяться для уменьшения длительности импульсов, что довольно часто применяется на практике и ранее такие цепи иногда называли укорачивающими.

Параметры последовательности импульсов.

Понятно, что на практике используются не единичные импульсы, а их последовательность.

Рассмотрим параметры последовательности импульсов.

(повторения) — F. Это есть число импульсов в cекунду.

Выражение для определения частоты имеет вид:

-отношение интервала между импульсами (периода) (скважины) к длительности самого импульса (Q).

Как правило, скважность всегда

должна быть больше 1 (Q>1).

— величина, обратная скважности ()

Основными параметрами импульсов являются амплитуда, длительность импульса, длительность фронта, длительность среза, спад вершины импульса.

Параметрами последовательности импульсов являются период следования импульсов, частота следования импульсов, скважность, коэффициент заполнения.

Интегрирующие цепи

Интегрирующие цепи, так же как и дифференцирующие строят на основе RC- и RL-цепей, отличие заключается в том, откуда снимают выходное напряжение.

Простейшие RC и RL интегрирующие цепи.

Своё название интегрирующие цепи получили от того, что выходное напряжение, снимаемое с их выхода пропорционально интегралу от входного напряжения. Рассмотрим реакцию интегрирующей цепи на прямоугольный импульс напряжения. Напомню, что прямоугольный импульс, по сути, является напряжением, которое изменяется ступенчато два раза. В результате первого скачка напряжения конденсатор начинает заряжаться до тех пор, пока напряжение на входе не изменится, после этого начнётся разряд конденсатора по экспоненциальному закону.

Реакция интегрирующей цепи на прямоугольный импульс.

Не трудно заметить, что длительность импульса на выходе интегрирующей цепи несколько больше, чем длительность импульса на входе. Эту особенность нередко используют для увеличения длительности импульса, и такие цепи ранее называли расширяющими.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Источник