Лекция по"Импульсной технике"

ГБОУ МТК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конспект по «Импульсной  Технике»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Автор: Карандина И.А.

 

г. Москва 2007 г.

 

Содержание:

 

1. Виды сигналов

2.Формирователи импульса.

3.Дифференцирующие и  интегрирующие цепи.

4.Диодные ограничители  амплитуды.

4.1.Последовательные диодные ограничители. Ограничители с нулевым порогом ограничения.

4.2.Параллельные диодные  ограничители. Ограничители с нулевым порогом ограничения.

4.3.Ограничители с ненулевым  порогом ограничения.

4.4.Влияние паразитных  емкостей.

5.Формирования импульсов в цепях с ударным возбуждением.

6.Формирующие импульсы.

7.Транзисторные ключи.

8.Транзисторный усилитель-ограничитель.

9.Внешнее запоминающее  устройство(ВЗУ).

10.Устройство ввода,  вывода.

11.Динамический режим  работы транзисторного ключа.

12.Операционные усилители  (ОУ)

13.Интегральные триггеры.

13.1.Асинхронный RS-триггер.

13.2.RS- триггер на элементах ИЛИ-НЕ.

13.3.RS – триггер на элементах И-НЕ.

13.4.Одноступенчатый синхронный RS-триггер.

13.5Двухступенчатый синхронный RS-триггер.

14.Счетчики.

14.1.Вычитающие счетчики  с последовательным переносом.

14.2.Счетчики с параллельным  переносом.

15.Триггер Шмидта.

15.1.D и DV - триггеры

15.2.Триггер со счетным  запуском (Т-триггер).

15.3.Двухступенчатый RSC-триггер.

16.Мультивибратор.

16.1.Мультивибратор с корректирующими диодами.

16.2. Ждущий мультивибратор.

16.3.Синхронизированный  мультивибратор.

16.4.Мультивибратор на  логических элементах.

17.Последовательный регистр.

18.Блокинг-генератор.

 

1. Виды сигналов

 

Они бывают:

- непрерывные (аналоговые)

- дискретные (импульсные)

 

И те и другие сигналы могут быть детерменироваными и случайными.

 

Детерменироваванные сигналы  описываются математической формулой и не несут никакой информации.

Случайные сигналы несут информацию.

Информацию выгоднее передавать с помощью импульсного сигнала.

Преобразование непрерывного сигнала в импульсный производится на основе теоремы Котельникова: любой непрерывный сигнал может быть преобразован в дискретный сигнал без потери информации. Если шаг Квантования по времени:

Преобразование аналогового  сигнала в цифровой вызвано 2 причинами:

1. При работе передатчика в импульсном режиме мощность излучения в импульсе в Q раз больше средней мощности передатчика, где Q- скважность импульсной последовательности.
2. Сигнал представленный в импульсной форме (в настоящее время применяется цифровая форма) является защищенным.

 

Атмосферные, промышленные помехи воздействуют на амплитуду сигнала.

При цифровой передачи информации имеет значение только значение импульса любой формы в данном разряде.

Кроме квантования по времени необходимо провести квантование  по уровню и записать номер уровня в двоичном коде.

Такое преобразование делает аналоговый цифровой преобразователь.

На приёмном конце  канала связи имеется цифра – аналоговый преобразователь, который восстанавливает непрерывный сигнал.

Параметры импульсов  и импульсных последовательностей.

 

 

 

 

 

 

                    U    t

    Т     r

                   

Импульсная последовательность характеризуется следующими параметрами:

-длительность импульса

-периодом повторения «Т», или обратная ему величина, частотой исследования и амплитудой импульса.

 

Реальный одиночный  импульс.

 

Характерный длительностью  импульса «V», который определяют по уровню 0,1 от «U».

«U»- максимальное отклонение импульса от 0-го значения.

Длительность переднего фронта определяется расстоянием во времени  от уровня 0,1 «U» до уровня 0,9 «U».

Длительность среза определяется расстоянием во времени от уровня 0,9 «U» до 0,1 «U».

Идеальный импульс имеет «Т»  фронта и «Т» среза равными нулю, то есть перехода от 1 к 0 или от 0 к 1, происходит мгновенно.

С помощь разложения в  ряд Фурье импульса последовательность может быть представлена, как сумма  отдельных гармонических колебаний.

 

т

    а(т)

 

 

 

                              Т

   

Идеальный импульс.

 

 

 

 

2.Формирователи импульса.

 

Схемы которые преобразуют  сигналы одной формы в сигналы  другой формы называются формирователями  импульса.

 

Формирователи могут быть:

- дифференцирующие –  интегрирующие цепи.

- ограничители амплитуд.

Как всякие радиотехнические цепи формирователи могут быть линейными  и нелинейными.

Линейные цепи строятся на линейных элементах, которые характеризуются тем, что их параметры не зависят от протекающих через них токов и приложенных к ним напряжений.

ВАХ линейного элемента представляет собой прямую пропорциональную зависимость.

На выходе линейного устройства сохраняются те же гармоники, что и на входе.

Нелинейные устройства строятся на нелинейных элементах параметры, которых зависят от протекающих через них токов или приложенных напряжений. Нелинейные элементы характеризуются нелинейной ВАХ. На выходе нелинейных устройств появляются новые гармоники по сравнению с входным сигналом.

 

3.Дифференцирующие и интегрирующие цепи.

 

 

 

 

        

 

 

 

Дифференцирующие цепи. При подаче на вход скачка напряжения напряжение на конденсаторе не возрастает скачком, конденсатор заряжается по экспоненте. Время заряда ; . Процесс заряда считается закончившимся, если напряжение на конденсаторе достигает 90% от установившегося значения. Если постоянная времени ( ) много меньше длительности импульса, то за время импульса конденсатор успевает зарядиться до установившегося значения и находится в этом состоянии до подачи отрицательного скачка, т.е. до окончания действия импульса. Отрицательный скачек передаётся через конденсатор на выход схемы. При заряде и разряде конденсатора напряжения на выходе после скачка убывает по экспоненте т.к. на выходе образуется остроконечные импульсы, то такая цепь называется укорачивающая.

Интегрирующая цепь RC называется также удлиняющей цепью она применяется в генераторах линейного изменения U, генераторов развёртки осциллографа для формирования пилообразного U. U_с является выходным напряжением в данной цепи.

Интегрирующая цепь создаёт входное напряжение пропорциональное интегралу от входного напряжения. При подаче на вход прямоугольного импульса напряжение на конденсаторе не возрастает скачком, а увеличивается по экспоненте.

В 1 момент времени весь положительный скачёк прикладывается к резистору, а затем по мере заряда напряжения на резисторе уменьшается по экспоненте, а на конденсаторе увеличивается. Если много меньше чем длительность импульса, то конденсатор успевает за время действия импульса зарядится и поддерживает постоянное напряжение.

Если много больше, чем длительность импульса то формирование импульса, то формируется пилообразное напряжение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Диодные ограничители амплитуды.

 

Ограничители амплитуды - устройство, напряжение на выходе которых U_вых пропорционально входному напряжению U_вх до тех пор, пока последнее не достигает некоторого уровня, называемого порогом ограничения, после этого U_вых остаётся постоянным, не смотря на изменения.

 

а)

 

 

 

Напряжение на выходе ограничителя с характеристикой на (рис.а) следует за входным напряжением пока последние не превысит уровня U_огр. Дальнейшее увеличение U_вх не вызывает изменения U_вых. Такой вид ограничения называется ограничением по максимальному или ограничением сверху.

  

б)

На (рис.б,в) показаны характеристики, обеспечивающие соответственно ограничение по минимальному (снизу) и двухсторонние ограничение с уровнями ограничения U_огр.1 и U_огр.2

в)

 

На (рис.г) дана характеристика, обеспечивающая ограничение снизу на нулевом пороге ограничитель с такой характеристикой пропускает на выход напряжение только с положительной полярности.

Ограничитель, пропускающий на выход напряжения только отрицательной  полярности, должен иметь характеристику расположенную в 3 квадранте.

 

г)

 

4.1.Последовательные диодные ограничители.

Ограничители с нулевым порогом  ограничения.

 

 

а) Входное напряжение U_вх распределяется между диодами VD и резистором нагрузки R_н. От соотношения их сопротивлений зависит, какая часть U_вх выделяются на выходе. Сопротивление диода в прямом (пропускном) направлении R_пр много меньше сопротивления резистора нагрузки R_н. Поэтому положительная полуволна напряжения U_вх практически полностью выделяется на выходе.

Сопротивлений диода  в обратном (не пропускном) направлении R_пр много меньше сопротивления резистора нагрузки R_н. По этому положительная полуволна напряжения U_вх практически полностью выделяется на диоде и U_вых≈ 0.

Из этого следует, что  диодный ограничитель можно рассматривать  как устройство с переменным коэффициентом передачи К_пер входного напряжения на выход

К_пер≈1, т.е. U_вых≈ U_вх

К_пер≈0, т.е. U_вых≈ 0.

 

б) Это кривые напряжений U_вых, U_вх, иллюстрирующие работу ограничителя (а). Рассмотренная схема обеспечивает ограничение входного напряжения снизу с порогом ограничения, равным нулю.

 

в,г) Ограничение сверху с нулевым порогом можно получить, изменив направление включения диода.

 

д) Как уже отмечалось, ограничитель с нулевым порогом  ограничения применяются для  исключения импульсов определённой полярности из последовательности разнополярных импульсов.

 

 

4.2.Параллельные диодные ограничители.

Ограничители с нулевым порогом  ограничения.

 

Необходимым элементом  её является ограничивающий резистор R_огр, который выбирают так чтобы выполнялось неравенство                           R_пр<<R_огр<<R_н<<R_обр,

где R_пр и R_обр- сопротивление диода, смещённого в прямом и обратном направлениях.

При открытом диоде сопротивление  этого участка за счёт небольшого R_пр мало и почти всё входное напряжение выделяется на R_огр (R_огр>>R_пр), а U_вых≈ 0.

 

В этой схеме диод открывается  во время действия положительной  полуволны U_вх. По этому на выходе выделяется, по существу, выделяется тока отрицательная полуволна-схема обеспечивает ограничение сверху с нулевым порогом.

Если изменить направление  включения диода, то на выходе схемы  выделится положительная полуволна, схема обеспечивает ограничение  снизу с нулевым порогом.

 

4.3.Ограничители с ненулевым порогом ограничения.

 

 

 

В этой схеме в отсутствии входного напряжения диод заперт и U_вых=0. Отрицательная полуволна U_вх не может отпереть диод, и почти всё её напряжение выделяется на выходе. Пока положительная полуволна входного напряжения не отпирает диод, напряжения с входа передаётся на выход.

После того как U_вх превысит Е, диод откроется и выходное напряжение перестанет изменятся вслед за входным, Таким образом, схема обеспечивает ограничение сверху на уровне Е.

 

Ограничение снизу на уровне Е:

Комбинируя схемы можно  получить двухсторонний ограничитель: