В чем измеряется длительность импульса

длительность импульса

3.67 длительность импульса: Приращение времени, измеренное между точками, соответствующими половине пиковой мощности в начале и в конце импульса.

3.28 длительность импульса (pulse duration): Максимальное время, требующееся для измерения двух точек пересечения импульса ветви нарастания и убывания с прямой, проведенной параллельно оси абсцисс на уровне половины максимального значения.

ем и мгновенным значением напряжения основной частоты, соответствующим моменту начала импульса Интервал времени между начальным мо-

Смотри также родственные термины:

3.48 длительность импульса t_d, с: 1,25-я часть временного интервала между моментами времени, когда интеграл по времени от квадрата мгновенного акустического значения достигает 0,1-й и 0,9-й частей своего конечного значения. (См. рисунок 2.)

Примечание — Конечное значение интеграла по времени от квадрата мгновенного акустического значения соответствует интегралу квадратов давления за импульс.

93 длительность импульса Δt_имп: Интервал времени от начала импульса до момента, когда напряжение импульса уменьшается до половины максимального значения его амплитуды

de. Ruckenhalbwertdauer einer Stoßspannung

en. Time to half value (of an impulse)

fr. Durée В mi-hauteur (d’une impulsion de tension)

Длительность импульса ДМЕ — интервал времени между точками, соответствующими 50 процентам амплитуды на переднем и заднем фронте огибающей импульса.

47. Длительность импульса зажигания газоразрядной лампы непрерывного действия

Длительность импульса зажигания

Интервал времени, в течение которого значение напряжения импульса зажигания газоразрядной лампы непрерывного действия превышает заданный уровень от пикового значения

9. Длительность импульса излучения полупроводникового излучателя

Длительность импульса излучения

Интервал времени, в течение которого сила излучения полупроводникового излучателя больше или равна половине ее максимального значения

32. Длительность импульса лазерного излучения **

2. Длительность импульса обратного напряжения анода

Интервал времени, в течение которого к аноду прибора приложено обратное напряжение

87 длительность импульса опорного напряжения (знакосинтезирующего индикатора) при записи [стирании]; τ_и.з [τ_и.с]:

Интервал времени, в течение которого значение импульса опорного напряжения знакосинтезирующего индикатора превышает 0,9 амплитудного значения при записи [стирании].

3. Длительность импульса тока анода

Интервал времени, в течение которого через прибор протекает ток

107. Длительность импульса тока генератора ЦМД τ_г *

Длительность импульса тока генератора

3. Длительность импульса тока или напряжения в закрытом состоянии

4. Длительность импульса тока или напряжения в открытом состоянии

5. Длительность импульса тока или напряжения управления

Длительность импульса тока обмена информации

Длительность импульса тока обменного переключателя

110. Длительность импульса тока обменного переключателя ЦМД τ_об

Длительность импульса тока обменного переключателя

Ндп. Длительность импульса тока обмена информации

108. Длительность импульса тока переключателя ввода ЦМД τ_вв

Длительность импульса тока ввода

109. Длительность импульса тока переключателя вывода ЦМД τ_в

Длительность импульса тока вывода

111. Длительность импульса тока репликатора ЦМД τ_р

Длительность импульса тока репликатора

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .

Полезное

Смотреть что такое «длительность импульса» в других словарях:

длительность импульса — Интервал времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения напряжения до первоначального или близкого к нему уровня. [ГОСТ 13109 97] длительность импульса 1. Промежуток времени между началом и… … Справочник технического переводчика

длительность (импульса) — Интервал времени между первым и последним моментами, в которые мгновенное значение импульса достигает 50 % его амплитуды (МСЭ Т K.43). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN… … Справочник технического переводчика

длительность (импульса) — 3.9 длительность (импульса) [duration (of a pulse)]: Интервал времени между моментами, когда мгновенное значение импульса в первый и последний раз достигает 50 % пикового значения импульса. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

длительность импульса — impulso trukmė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. pulse duration; pulse time; pulse width vok. Impulsdauer, f; Impulslänge, f; Pulsbreite, f rus. длительность импульса, f; ширина импульса, f pranc. durée d impulsion, f; largeur d… … Automatikos terminų žodynas

длительность импульса — impulso trukmė statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Trukmė apibrėžtame impulso amplitudės lygyje. atitikmenys: angl. pulse duration vok. Impulsdauer, f; Impulslänge, f rus. длительность импульса, f pranc. durée d’impulsion … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

длительность импульса — impulso trukmė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. pulse duration; pulse time vok. Impulsdauer, f rus. длительность импульса, f pranc. durée d’impulsion, f … Fizikos terminų žodynas

длительность импульса t_d, с — 3.48 длительность импульса td, с: 1,25 я часть временного интервала между моментами времени, когда интеграл по времени от квадрата мгновенного акустического значения достигает 0,1 й и 0,9 й частей своего конечного значения. (См. рисунок 2.)… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Длительность импульса тока обменного переключателя — 110 Источник: ГОСТ 28111 89: Микросборки на цилиндрических магнитных доменах. Термины и определения оригинал … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

длительность импульса зажигания импульсной лампы — длительность импульса зажигания Время, в течение которого значение напряжения импульса зажигания превышает заданный уровень от пикового напряжения импульса зажигания. [ГОСТ 16803 78] Тематики лазерное оборудование Синонимы длительность импульса… … Справочник технического переводчика

длительность импульса (световой или энергетической фотометрической величины) импульсной лампы — длительность импульса (световой или энергетической фотометрической величины) Время, в течение которого значение соответствующей световой или энергетической фотометрической величины превышает заданный уровень от пикового значения импульса этой же… … Справочник технического переводчика

Электрические импульсы и их параметры

Под электрическим импульсом понимают отклонение напряжения или тока от некоторого постоянного уровня (в частности, от нулевого), наблюдаемое в течение времени, меньшего или сравнимого с длительностью переходных процессов в схеме.

Как уже было сказано, под переходным процессом понимается всякое резкое изменение установившегося режима в электрической цепи за счёт действия внешних сигналов или переключений внутри самой цепи. Таким образом, переходный процесс – это процесс перехода электрической цепи из одного стационарного состояния в другое. Как бы ни был короток этот переходный процесс, – он всегда конечен во времени. Для цепей, в которых время существования переходного процесса несравненно меньше времени действия внешнего сигнала (напряжения или тока), режим работы считается установившимся, а сам внешний сигнал для такой цепи не является импульсным. Примером этого может служить срабатывание электромагнитного реле.

Когда же длительность действующих в электрической цепи сигналов напряжения или тока становится соизмеримой с длительностью процессов установления, переходный процесс оказывает настолько сильное влияние на форму и параметры этих сигналов, что их нельзя не учитывать. В этом случае бóльшая часть времени воздействия сигнала на электрическую цепь совпадает со временем существования переходного процесса (рис.1.4). Режим работы цепи во время действия такого сигнала будет нестационарным, а воздействие его на электрическую цепь – импульсным.

а) б)

Рис.1.4. Соотношение между длительностью сигнала и длительностью

а) длительность переходного процесса значительно меньше длительности

б) длительность переходного процесса соизмерима с длительностью

сигнала (τ_пп ≈ t).

Отсюда следует, что понятие импульса связывается с параметрами конкретной цепи и что не для всякой цепи сигнал можно считать импульсным.

Таким образом, электрическим импульсом для данной цепи называется напряжение или ток, действующие в течение промежутка времени, соизмеримого с длительностью переходного процесса в этой цепи.При этом предполагается, что между двумя последовательно действующими в цепи импульсами должен быть достаточный промежуток времени, превышающий длительность процесса установления. В противном случае вместо импульсов будут возникать сигналы сложной формы (рис.1.5).

Рис.1.5. Электрические сигналы сложной формы

Наличие промежутков времени сообщает импульсному сигналу характерную прерывистую структуру. Некоторая условность таких определений заключается в том, что процесс установления теоретически длится бесконечно.

Могут быть такие промежуточные случаи, когда переходные процессы в цепях не успевают практически заканчиваться от импульса к импульсу, хотя действующие сигналы продолжают называть импульсными. В таких случаях возникают дополнительные искажения формы импульсов, вызванные наложением переходного процесса на начало последующего импульса.

Различают два вида импульсов: видеоимпульсы и радиоимпульсы. Видеоимпульсы получают при коммутации (переключении) цепи постоянного тока. Такие импульсы не содержат высокочастотных колебаний и имеют постоянную составляющую (среднее значение), отличную от нуля.

Видеоимпульсы принято различать по их форме. На рис. 1.6. показаны наиболее часто встречающиеся видеоимпульсы.

Рис. 1.6. Формы видеоимпульсов:

а) прямоугольные; б) трапецеидальные; в) остроконечные;

г) пилообразные; д) треугольные; е) разнополярные.

Рассмотрим основные параметры одиночного импульса (рис.1.7).

Рис. 1.7. Параметры одиночного импульса

Форму импульсов и свойства отдельных его участков с количественной стороны оценивают следующими параметрами:

· U_m – амплитуда (наибольшее значение) импульса. Амплитуда импульса U_m (I_m) выражается в вольтах (амперах).

· τ _и – длительность импульса. Обычно измерения длительности импульсов или отдельных участков производят на определённом уровне от их основания. Если это не оговаривается, то длительность импульса определяется на нулевом уровне. Однако чаще всего длительность импульса определяется на уровне 0,1U_m или 0,5U_m, считая от основания. В последнем случае длительность импульса называется активной длительностью и обозначается τ _иа. При необходимости и в зависимости от формы импульсов принятые значения уровней для измерения специально оговариваются.

· τ_ф – длительность фронта, определяемая временем нарастания импульса от уровня 0,1U_m до уровня 0,9U_m .

· τ_с – длительность среза (заднего фронта), определяемая временем спада импульса от уровня 0,9U_m до уровня 0,1U_m. Когда длительность фронта или среза измеряется на уровне 0,5U_m , она называется активной длительностью и обозначается добавлением индекса «а» аналогично активной длительности импульса. Обычно τ_ф и τ_с составляет единицы процентов от длительности импульса. Чем меньше τ_ф и τ_с по сравнению с τ _и , тем больше форма импульса приближается к прямоугольной. Иногда вместо τ_ф и τ_с фронты импульса характеризуют скоростью нарастания (спада). Эту величину называют крутизной (S) фронта (среза) и выражают в вольтах в секунду (В/с) или киловольтах в секунду (кВ/с). Для прямоугольного импульса

………………………………(1.14).

· Участок импульса между фронтами называют плоской вершиной. На рис.1.7 показан спад плоской вершины (ΔU).

· Мощность в импульсе. Энергия W импульса, отнесённая к его длительности, определяет мощность в импульсе:

………………………………(1.15).

Она выражается в ваттах (Вт), киловаттах (кВт) или дольных едини-

В импульсных устройствах используются импульсы, имеющие длительности от долей секунды до наносекунд (10 – 9 с).

Характерными участками импульса (рис.1.8), определяющими его форму,

· срез (3 – 4), иногда называемый задним фронтом;

Рис.1.8. Характерные участки импульса

Отдельные участки у импульсов различной формы могут отсутствовать. Следует иметь в виду, что реальные импульсы не имеют формы, строго соответствующей названию. Различают импульсы положительной и отрицательной полярности, а также двусторонние (разнополярные) импульсы

Радиоимпульсами называются импульсы высокочастотных колебаний напряжения или тока обычно синусоидальной формы. Радиоимпульсы не имеют постоянной составляющей. Радиоимпульсы получают модулированием высокочастотных синусоидальных колебаний по амплитуде. При этом амплитудная модуляция производится по закону управляющего видеоимпульса. Формы соответствующих радиоимпульсов, полученных с помощью амплитудной модуляции, показаны на рис. 1.9:

Рис.1.9. Формы радиоимпульсов

Электрические импульсы, следующие друг за другом через равные промежутки времени, называются периодической последовательностью (рис.1.10).

Рис.1.10. Периодическая последовательность импульсов

Периодическая последовательность импульсов характеризуется следующими параметрами:

· Период повторения Т_i – промежуток времени между началом двух соседних однополярных импульсов. Он выражается в секундах (с) или дольных единицах секунды (мс; мкс; нс). Величина, обратная периоду повторения, называется частотой повторения (следования) импульсов. Она определяет количество импульсов, в течение одной секунды и выражается в герцах (Гц), килогерцах (кГц) и т.д.

……………………………….. (1.16)

· Скважность последовательности импульсов – это отношение периода повторения к длительности импульса. Обозначается буквой q:

………………… (1.17)

Скважность – безразмерная величина, которая может изменяться в очень широких пределах, так как длительность импульсов может быть в сотни и даже тысячи раз меньше периода импульсов или, наоборот, занимать большую часть периода.

Величина, обратная скважности, называется коэффициентом заполнения. Эта величина безразмерная, меньшая единицы. Она обозначается буквой γ:

…………………………(1.18)

Последовательность импульсов с q = 2 называется «меандром». У такой

последовательности (рис.1.6,е). Если Т_i>> τ_и, то такая последовательность называется радиолокационной.

· Среднее значение (постоянная составляющая) импульсного колебания. При определении среднего за период значения импульсного колебания U_ср (или І_ср) импульс напряжения или тока распределяют равномерно на весь период так, чтобы площадь U_ср ·Т_i была равна площади импульса S_и = U_m · τ_и (рис. 1.10).

Для импульсов любой формы среднее значение определяется из выражения

……………………(1.19),

где U(t) – аналитическое выражение формы импульса.

Для периодической последовательности импульсов прямоугольной формы, у которой U(t) = U_m , период повторения Т_i и длительность импульса τ_и, это выражение после подстановки и преобразования принимает вид:

…………………….(1.20).

Из рис. 1.10 видно, что S_и = U_m · τ_и = U_ср·Т_i , откуда следует:

……………(1.21),

где U₀ – называется постоянной составляющей.

Таким образом, среднее значение (постоянная составляющая) напряжения (тока) последовательности прямоугольных импульсов в q раз меньше амплитуды импульса.

· Средняя мощность последовательности импульсов. Энергия импульса W, отнесённая к периоду Т_i , определяет среднюю мощность импульса

…………………………….. (1.22).

Сравнивая выраженияР_и и Р_ср, получим

…………………(1.23)

и ……………………. (1.24),

т.е. средняя мощность и мощность в импульсе отличаются в q раз.

Отсюда следует, что мощность в импульсе, которую обеспечивает генератор, может в q раз превосходить среднюю мощность генератора.

Задачи и упражнения

1. Амплитуда импульса равна 11 кВ, длительность импульса 1 мкс. Определить крутизну фронта импульса, если считать длительность фронта равной 20 % длительности импульса.

2. Амплитуда прямоугольных импульсов, имеющих частоту следования 1250 Гц и скважность 2300, равна 11 кВ. Определить крутизну фронта и среза, если считать длительность фронта и среза равной 20 % от длительности импульса.

3. Определить постоянную времени цепи, состоящей из конденсатора ёмкостью 5000 пФ и активного сопротивления 0,5 Мом.

4. Определить постоянную времени цепи, состоящей из индуктивности 20 мГн и активного сопротивления 5 кОм.

5. Определить среднюю мощность радиопередающего устройства РЛС, имеющую следующие параметры: импульсная мощность 800 кВт; длительность зондирующего импульса 3,2 мкс; частота следования зондирующих импульсов 375 Гц.

6. Конденсатор ёмкостью 400 пФ заряжается от источника постоянного напряжения 200 В через сопротивление 0,5 Мом. Определить напряжение на конденсаторе через 600 мкс после начала заряда.

7. К цепи, состоящей из конденсатора ёмкостью 10 пФ и сопротивления 2 Мом, подключён источник постоянного тока с напряжением 50 В. Определить ток в момент включения и через 40 мкс после включения.

8. Конденсатор, заряженный до напряжения 300 В, разряжается через сопротивление 300 Мом. Определить величину разрядного тока через время t = 3τ после начала разряда.

9. Какое потребуется время для заряда конденсатора ёмкостью 100 пФ до напряжения 340 В, если напряжение источника 540 В и сопротивление цепи заряда 100 кОм?

10. Цепь, состоящая из индуктивности 10 мГн и сопротивления 5 кОм, подключена к источнику постоянного напряжения 250 В. Определить ток, протекающий в цепи через 4 мкс после включения.

Глава 2. Формирование импульсов

Линейные и нелинейные цепи

В импульсной технике широко применяются цепи и устройства, формирующие напряжения одной формы из напряжения другой. Такие задачи решаются с помощью линейных и нелинейных элементов.

Элемент, параметры которого (сопротивление, индуктивность, ёмкость) не зависят от величины и направления токов и приложенных напряжений, называется линейным.Цепи, содержащие линейные элементы, называются

линейными.

Свойства линейных цепей:

· Вольт-амперная характеристика (ВАХ) линейной цепи представляет собой прямую линию, т.е. величины токов и напряжений будут связаны между собой линейными уравнениями с постоянными коэффициентами. Пример ВАХ такого вида – закон Ома: .

· Для расчёта (анализа) и синтеза линейных цепей применим принцип суперпозиций (наложения). Смысл принципа суперпозиций заключается в следующем: если к входу линейной цепи приложено синусоидальное напряжение, то напряжение на любом её элементе будет иметь такую же форму. Если же входное напряжение является сложным сигналом (т.е. является суммой гармоник), то на любом элементе линейной цепи сохраняются все гармонические составляющие этого сигнала: иначе говоря, сохраняется форма приложенного к входу напряжения. При этом на выходе линейной цепи изменится только соотношение амплитуд гармоник.

· Линейная цепь не преобразует спектр электрического сигнала. Она может изменить составляющие спектра только по амплитуде и фазе. Это является причиной возникновения линейных искажений.

· Всякая реальная линейная цепь искажает форму сигнала за счёт переходных процессов и конечной ширины полосы пропускания.

Строго говоря, все элементы электрических цепей нелинейны. Однако в определённом интервале изменения переменных величин нелинейность элементов проявляется настолько мало, что практически можно пренебречь ею. Примером может служить усилитель радиочастоты (УРЧ) радиоприёмника, на вход которого подаётся очень малый по амплитуде сигнал от антенны.

Нелинейность входной характеристики транзистора, стоящего в первом каскаде УРЧ, в пределах нескольких микровольт настолько мала, что её просто не учитывают.

Обычно область нелинейного поведения элемента ограничена, а переход к нелинейности может происходить либо постепенно, либо скачкообразно.

Если на вход линейной цепи подать сложный сигнал, который является суммой гармоник разных частот, а линейная цепь содержит частотно-зависимый элемент (L или C), то форма напряжений на её элементах не будет повторять форму входного напряжения. Это объясняется тем, что гармоники входного напряжения по-разному пропускаются такой цепью. В результате прохождения входного сигнала через ёмкости и индуктивности цепи соотношения между гармоническими составляющими на элементах цепи изменяются по амплитуде и фазе по отношению к входному сигналу. В результате соотношения между амплитудами и фазами гармоник на входе цепи и на её выходе не одинаковы. Это свойство положено в основу формирования импульсов с помощью линейных цепей.

Элемент, параметры которого зависят от величины и полярности приложенных напряжений или протекающих токов, называется нелинейным, а цепь, содержащую такие элементы, называют нелинейной.

К нелинейным элементам относятся электровакуумные приборы (ЭВП), полупроводниковые приборы (ППП), работающие на нелинейном участке ВАХ, диоды (вакуумные и полупроводниковые), а также трансформаторы с ферромагнетиками.

Свойства нелинейных цепей:

· Ток, протекающий через нелинейный элемент, не пропорционален приложенному к нему напряжению, т.е. зависимость между напряжением и током (ВАХ) носит нелинейный характер. Примером такой ВАХ служат входные и выходные характеристики ЭВП и ППП.

· Процессы, протекающие в нелинейных цепях, описываются нелинейными уравнениями различного вида, коэффициенты которых зависят от самой функции напряжения (тока) или от её производных, а ВАХ нелинейной цепи имеет вид кривой или ломаной линии. Примером могут служить характеристики диодов, триодов, тиристоров, стабилитронов и др.

· Для нелинейных цепей принцип суперпозиций неприменим. При воздействии внешнего сигнала на нелинейные цепи в них всегда возникают токи, содержащие в своём составе новые частотные составляющие, которых не было во входном сигнале. Это является причиной возникновения

нелинейных искажений, в результате чего сигнал на выходе нелинейной

цепи всегда отличается по форме от входного сигнала.

Дифференцирующие цепи

Для того чтобы получить импульс желаемой формы из заданной формы напряжения с помощью пассивной электрической цепи, необходимо знать формирующие свойства этой цепи. Формирующие свойства характеризуют способность линейной цепи определённым образом изменять форму передаваемого (обрабатываемого) сигнала и полностью определяются видом её частотных и временных характеристик.

В импульсной технике для формирования сигналов широко применяются линейные двух- и четырёхполюсники.

Дифференцирующей называется цепь, на выходе которой напряжение пропорционально первой производной от входного напряжения. Математически это выражается следующей формулой:

………………………. (2.1),

где U_вх – напряжение на входе дифференцирующей цепи;

U_вых – напряжение на выходе дифференцирующей цепи;

k – коэффициент пропорциональности.

Дифференцирующие цепи (ДЦ) применяются для дифференцирования видеоимпульсов. При этом дифференцирующие цепи позволяют производить следующие преобразования:

· укорочение прямоугольных видеоимпульсов и формирование из них остроконечных импульсов, служащих для запуска и синхронизации различных импульсных устройств;

· получение производных по времени от сложных функций. Это используется в измерительной технике, системах авторегулирования и автосопровождения;

· формирование прямоугольных импульсов из пилообразных.

Простейшими дифференцирующими цепями являются ёмкостная (RC)и индуктивная (RL) цепи (рис.2.1):

а) б)

Рис.2.1. Виды дифференцирующих цепей:

а) ёмкостная ДЦ; б) индуктивная ДЦ

Индуктивная дифференцирующая цепь применяется гораздо реже, чем ёмкостная по чисто практическим соображениям. Дело в том, что для выполнения условия дифференцирования требуется катушка с большой индуктивностью. Такие катушки без железа получаются очень громоздкими и имеют боль-шую паразитную (межвитковую) ёмкость, искажающую результат дифференцирования. Применять же катушки с железом нежелательно, т.к. искажается форма тока из-за нелинейности кривой намагничивания железа, вследствие чего при дифференцировании возникают нелинейные искажения выходного сигнала. Поэтому мы будем рассматривать ёмкостную дифференцирующую цепь.

Покажем, что RC— цепь при определённых условиях становится дифференцирующей.

Известно, что ток, протекающий через ёмкость, определяется выражением:

. (2.2).

В то же время из рис.2.1,а очевидно, что

,

т.к. R и C представляют собой делитель напряжения. Поскольку напряжение

, то .

…………………. (2.3).

Подставив выражение (2.2) в (2.3), получим:

……………… (2.4).

Если выбрать достаточно малую величину R так, чтобы выполнялось условие,

то получим приближённое равенство

……………………….. (2.5).

Это равенство тождественно (2.1).

Выбрать R достаточно малой величины – это значит обеспечить выполнение неравенства

, т.е. ,

где ω_в = 2πf_в – верхняя граничная частота гармоники выходного сигнала, ещё имеющая существенное значение для формы выходного импульса.

Коэффициент пропорциональности в выражении (2.1) k = RC = τ носит название постоянной времени дифференцирующей цепи. Чем резче изменяется подводимое напряжение, тем меньшей величиной τ должна обладать дифференцирующая цепь, чтобы на выходе напряжение было близко по форме к производной от U_вх. Параметр τ = RC имеет размерность времени. Это можно подтвердить тем, что в соответствии с Международной системой единиц (СИ) единица измерения электрического сопротивления

,

а единица измерения электрической ёмкости

.

Принцип действия дифференцирующей цепи.

Принципиальная схема ёмкостной дифференцирующей цепи изображена на рис.2.2, а эпюры напряжений – на рис.2.3.

Рис.2.2. Принципиальная схема ёмкостной дифференцирующей цепи

Пусть на вход подаётся идеальный прямоугольный импульс, у которого

τ_ф= τ_с = 0, а внутреннее сопротивление источника сигнала R_i = 0.Пусть импульс определяется следующим выражением:

1. Исходное состояние схемы (t < t₁).

В исходном состоянии U_вх = 0; U_с = 0; i_с = 0; U_вых = 0.

1. Первый скачок напряжения (t = t₁).

В момент времени t = t₁ на вход ДЦ подаётся скачком напряжение

U_вх = Е. В этот момент U_с = 0, т.к. за бесконечно малый промежуток времени ёмкость зарядиться не может. Но, в соответствии с законом коммутации, ток через ёмкость может нарастать мгновенно. Следовательно, в момент t = t₁ ток, протекающий через ёмкость, будет равен

Поэтому напряжение на выходе цепи в этот момент будет равно

1. Заряд конденсатора (t₁ < t < t₂).

После скачка начинается заряд конденсатора током, убывающим по экспоненциальному закону:

Рис.2.3. Эпюры напряжений на элементах дифференцирующей цепи

Напряжение на конденсаторе будет нарастать по экспоненциальному

…………………… (2.6).

Напряжение на выходе ДЦ будет падать по мере нарастания напряжения

заряда на конденсаторе, т.к. R и C представляют собой делитель напряжения:

…………. (2.7).

Необходимо помнить, что в любой момент времени для делителя напряжения выполняется равенство

откуда следует, что

,

что подтверждает справедливость выражения (2.7).

Теоретически заряд конденсатора будет продолжаться бесконечное время, но практически этот переходный процесс заканчивается через

(3…5)τ_зар = (3…5)RC.

1. Окончание заряда конденсатора (t = t₂).

После окончания переходного процесса ток заряда конденсатора стано-вится равным нулю. Поэтому напряжение на выходе дифференцирующей цепи

достигает практически нулевого значения, т.е. в момент времени t = t₂

1. Установившийся режим (t₂ < t < t₃).

При этом

1. Второй скачок напряжения (t = t₃).

В момент времени t = t₃ напряжение на входе дифференцирующей цепи скачком падает до нуля. Конденсатор C становится источником напряжения, т.к. он заряжен до величины .

Так как в соответствии с законом коммутации напряжение на конденсаторе скачком изменяться не может, а ток, протекающий через ёмкость, может изменяться скачкообразно, то в момент t = t₃ напряжение на выходе скачком уменьшается до – Е. При этом ток разряда в данный момент времени становится максимальным:

,

а напряжение на выходе дифференцирующей цепи

.

Выходное напряжение имеет знак «минус», т.к. ток изменил своё направление.

1. Разряд конденсатора (t₃ < t < t₄).

После второго скачка напряжение на конденсаторе начинает уменьшаться по экспоненциальному закону:

; ;

1. Окончание разряда конденсатора и восстановление исходного состояния схемы(t≥t₄).

После окончания переходного процесса разряда конденсатора

Таким образом, схема возвратилась в исходное состояние. Окончание разряда конденсатора наступает практически при t = (3…5)τ = (3…5) RC.

Так как мы приняли внутреннее сопротивление источника сигнала R_i = 0, то можно считать, что постоянные времени цепей заряда и разряда конденсатора τ_зар = τ_раз = τ = RC.

В такой идеальной цепи амплитуда выходного напряжения U_вых.mах не зависит от значения параметров цепи R и C, а длительность импульсов на выходе определяется величиной постоянной времени цепи τ = RC. Чем меньше значения R и C, тем быстрее заканчиваются переходные процессы заряда и разряда ёмкости, тем короче импульс на выходе цепи.

Теоретически длительность импульса на выходе дифференцирующей цепи, определяемая по основанию, оказывается бесконечно большой, поскольку напряжение на выходе спадает экспоненциально. Поэтому длительность импульса определяется на определённом уровне от основания

U₀ = αU_вых (рис.2.4):

Рис.2.4. Определение длительности импульса на уровне U₀ после

Определим длительность продифференцированного импульса на уровне

U₀ = αU_вых:

………………. (2.8),

откуда и ……………………… (2.9).

Дифференцирование всегда сопровождается укорочением длительности импульса. Это означает, что ёмкость C должна успевать полностью зарядиться за время действующего входного дифференцируемого импульса. Следовательно, условием практического дифференцирования с целью укорочения длительности импульса является соотношение:

τ_{и вх} > 5τ = 5RC.

Чем меньше τ цепи, тем быстрее заряжается и разряжается конденсатор и тем меньшую длительность имеют выходные импульсы, тем более остроконечными они становятся и, следовательно, тем точнее дифференцирование. Однако уменьшать τ целесообразно до определённого предела.

Изменение формы импульса на выходе дифференцирующей цепи можно объяснить с точки зрения спектрального анализа.

Каждая гармоника входного импульса делится между R и C. Для гармоник низких частот, определяющих вершину входного импульса, конденсатор представляет большое сопротивление, т.к.

>> R.

Поэтому на выход плоская вершина входного импульса почти не передаётся.

Для высокочастотных составляющих входного импульса, формирующих его фронт и срез,

<< R.

Поэтому фронт и срез входного импульса на выход передаются практически без ослабления. Эти соображения позволяют определить дифференцирующую цепь как фильтр верхних частот.

Электрические и временные параметры прямоугольных импульсов

Периодические и непериодические сигналы, форма которых отличается от синусоидальной, обычно называют импульсными сигналами . Процессы генерации, преобразования, а также вопросы практического применения импульсных сигналов относятся сегодня ко многим областям электроники.

Так, например, ни один современный блок питания не обходится без расположенного на его печатной плате генератора прямоугольных импульсов, такого например как на микросхеме TL494, выдающей импульсные последовательности с параметрами, подходящими для текущей нагрузки.

Поскольку импульсные сигналы могут иметь различную форму, то и называют различные импульсы в соответствии с похожей по форме геометрической фигурой: прямоугольные импульсы, трапецеидальные импульсы, треугольные импульсы, пилообразные импульсы, ступенчатые, и импульсы разных других форм. Между тем, наиболее часто практически применяются именно прямоугольные импульсы . О их параметрах и пойдет речь в данной статье.

Конечно, термин «прямоугольный импульс» несколько условен. В силу того что ничего идеального в природе не бывает, как не бывает и идеально прямоугольных импульсов. На самом деле реальный импульс, который принято называть прямоугольным, может иметь и колебательные выбросы (на рисунке показаны как b1 и b2), обусловленные вполне реальными емкостными и индуктивными факторами.

Выбросы эти могут, конечно, отсутствовать, однако существуют электрические и временные параметры импульсов, отражающие в числе прочего «неидеальность их прямоугольности».

Прямоугольный импульс имеет определенную полярность и рабочий уровень. Чаще всего полярность импульса положительна, поскольку подавляющее большинство цифровых микросхем питаются положительным, относительно общего провода, напряжением, и следовательно мгновенное значение напряжения в импульсе всегда больше нуля.

Но есть, например, компараторы, питаемые двухполярным напряжением, в таких схемах можно встретить разнополярные импульсы. Вообще микросхемы, питаемые напряжением отрицательной полярности, не так широко применяются, как микросхемы с обычным положительным питанием.

В последовательности импульсов рабочее напряжение импульса может принимать низкий или высокий уровень, причем один уровень с течением времени сменяет другой. Уровень низкого напряжения обозначают U0, уровень высокого U1. Наибольшее мгновенное значение напряжения в импульсе Ua или Um, относительно начального уровня, называется амплитудой импульса .

Разработчики импульсных устройств зачастую оперируют активными импульсами высокого уровня, такими как показанный на рисунке слева. Но иногда практически целесообразно применить в качестве активных импульсы низкого уровня, для которых исходное состояние — высокий уровень напряжения. Импульс низкого уровня показан на рисунке справа. Называть импульс низкого уровня «отрицательным импульсом» — безграмотно.

Перепад напряжения в прямоугольном импульсе называют фронтом, который представляет собой быстрое (соизмеримое по времени со временем протекания переходного процесса в цепи) изменение электрического состояния.

Перепад с низкого уровня к высокому уровню, то есть положительный перепад, называют передним фронтом или просто фронтом импульса. Перепад от высокого уровня к низкому, или отрицательный перепад, называют срезом, спадом или просто задним фронтом импульса.

Передний фронт обозначают в тексте 0.1 или схематически _|, а задний фронт 1.0 или схематически |_.

В зависимости от инерционных характеристик активных элементов, переходный процесс (перепад) в реальном устройстве всегда занимает некоторое конечное время. Поэтому полная длительность импульса включает в себя не только времена существования высокого и низкого уровней, но также времена длительности фронтов (фронта и среза), которые обозначаются Тф и Тср. Практически в любой конкретной схеме время фронта и спада можно увидеть при помощи осциллографа.

Так как в реальности моменты начала и окончания переходных процессов в перепадах очень точно выделить непросто, то принято считать за длительность перепада промежуток времени, во время которого напряжение изменяется от 0,1Ua до 0,9Ua (фронт) или от 0,9Ua до 0,1Ua (срез). Так и крутизна фронта Кф и крутизна среза Кс.р. задаются в соответствии с данными граничными состояниями, и измеряются в вольтах в микросекунду (в/мкс). Непосредственно длительностью импульса называют промежуток времени, отсчитываемый от уровня 0,5Ua.

Когда рассматривают в общем процессы формирования и генерации импульсов, то фронт и срез принимают по длительности за ноль, поскольку для грубых расчетов эти малые временные промежутки оказываются не критичны.

Импульсная последовательность — это импульсы, следующие друг за другом в определенном порядке. Если паузы между импульсами и длительности импульсов в последовательности равны между собой, то это периодическая последовательность. Период следования импульсов Т — это сумма длительности импульса и паузы между импульсами в последовательности. Частота f следования импульсов — это величина обратная периоду.

Периодические последовательности прямоугольных импульсов, кроме периода Т и частоты f, характеризуются еще парой дополнительных параметров: коэффициентом заполнения DC и скважностью Q. Коэффициент заполнения — это отношение времени длительности импульса к его периоду.

Скважность — это отношение периода импульса ко времени его длительности. Периодическая последовательность скважности Q=2, то есть такая, у которой время длительности импульса равно времени паузы между импульсами или у которой коэффициент заполнения равен DC=0,5, называется меандром.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Лекция Общие характеристики импульсных сигналов.

Сигнал — физический процесс, несущий информацию. По природе физического процесса делятся на электромагнитные, в частности электрические (телефония, радио, телевидение, мобильная связь, ЛВС, Интернет), световые (оптоволоконный кабель), звуковые (общение людей), пневматические и гидравлические (определенные отрасли автоматики)и др.

Сигнал имеет Информативный (несущий информацию) и Неинформативный (не несущий информацию) параметр. П-р: если информацию несет амплитуда гармонического сигнала, то частота и фаза этого сигнала будут неинформативными.

Импульсные сигналы — сигналы, информацию в которых несут параметры импульсов. Импульс — кратковременное отклонение физического процесса от установленного значения. Кратковременное отклонение имеет не абсолютное, а относительное значение, т. е. длительность отклонения меньше или сопоставима с длительностью процесса.

Импульсные сигналы имеют преимущества перед непрерывными сигналами: средняя мощность импульсного сигнала значительно меньше средней мощности непрерывного сигнала при сопоставимой информационной емкости. Кроме того, в паузах между импульсами одного сигнала можно передавать импульсы другого сигнала и тем самым увеличить информационную вместимость канала. Одним из специальных видов импульсных сигналов есть сигналы цифровой и компьютерной техники.

Существуют два вида импульсов: видеоимпульсы и радиоимпульсы. Видеоимпульсы — это кратковременное отклонение физического параметра, несущего информацию, от установленного значения. Радиоимпульс — это отрезок высокочастотного колебания определенной формы. Радиоимпульсы широко используют для передачи информации каналами радиосвязи, в телевидении и радиолокации. На практике используют Последовательности импульсов, повторяющиеся через определенный интервал времени.

Импульсные сигналы бывают Периодичными и Непериодичными. Периодичными считаются сигналы, значения которых повторяются через определенный промежуток времени.

По форме импульсы делятся на: прямоугольные, треугольные, пилоподобные и др. Формы реальных импульсов отличаются от идеальных, вследствие искажений и помех, действующих в каналах импульсных устройств.

Параметры импульсов:

Фронт — начальная часть импульса, характеризующая нарастание информативного параметра.

Спад — информативный параметр падает до установленного значения.

Вершина — часть импульса, находящегося между передним и задним фронтами.

Амплитуда — наибольшее отклонение информативного параметра сигнала от установленного значения.

Длительность импульса Т1— отрезок времени, измеренный на уровне, соответствующему половине амплитуды.

Период повторения импульсов Т в импульсной последовательности — интервал времени между двумя соседними импульсами в импульсной последовательности.

Длительность фронта импульса — это время τF нарастания импульса от 0,1 до 0,9 амплитудного значения, или время спада τB от 0,9 до 0,1 амплитудного значения.

Среднее квадратичное значение импульса — значение постоянного напряжения, который за одинаковые промежутки времени при одинаковых значениях сопротивления выделяет такую же самую мощность.

Неравномерность вершины δ — разница значений в начале и в конце импульса.

Выброс на вершине b1— кратковременное отклонение сигнала на вершине импульса в начальной его части.

Выброс в паузе B2— кратковременное отклонение сигнала после завершения действия импульса.

1.2. Виды импульсных сигналов и способы их отображения.

Импульсные сигналы могут отображаться в Аналитической (в виде уравнения) и Графической формах.

П-р:

Виды сигналов по характеру изменения сигнала во времени и по информативному параметру:

1) непрерывные (аналоговые) по информативному параметру и по времени сигналы

2) непрерывные (аналоговые) по информативному параметру и дискретные по времени сигналы — удобно обрабатывать современными измерительными приборами, поэтому аналоговые сигналы исследуемых объектов чаще всего превращают в дискретные сигналы. (Дискретизация) Интервал времени между соседними значениями дискретного сигнала называется Интервалом или Периодом дискретизации; величина, обратная к периоду дискретизации — Частота дискретизации; Дискретизация бывает Равномерная и Неравномерная.

3) непрерывные (аналоговые) по времени сигналы и квантованные (дискретные) по информативному параметру определены в любой момент времени. Превращение непрерывных сигналов в квантованные — квантование сигнала. Интервал между двумя соседними разрешенными уровнями — Квант. Квантование бывает Равномерное и Неравномерное.

4) сигналы дискретные по времени и квантованные по уровню могут иметь только определенные разрешенные уровни. Именно такие сигналы используются в современных информативных технологиях и обрабатываются современными компьютерными и микропроцессорными средствами.

Логические сигналы. Логические (булевы) величины, т. е. величины, которые могут принимать одно из двух возможных значений 0 или 1. На практике используют два вида логических сигналов: Импульсные и Потенциальные. Если на начальных этапах развития цифровой техники широко использовались импульсные логические сигналы, то сейчас они почти полностью вытеснены потенциальными логическими сигналами.

Импульсный логический сигнал принимает значение логической 1, если в течении определенного, заранее определенного интервала времени существует импульс определенной амплитуды, и значение логического 0, если в течении этого интервала времени такой импульс отсутствует. Система потенциальных логических сигналов считается Положительной, если логической 1 соответствует высший, а логическому 0 низший с двух возможных уровней, и отрицательной (инверсной), если логической 1 соответствует низший, а логическому 0 — высший с двух возможный уровней.

Входные и выходные сигналы реальных цифровых устройств имеют не два уровня или значения, а бесконечно большое количество значений в заданном диапазоне. Для того, чтобы такие сигналы несли логическую информацию, диапазон возможных значений этих сигналов делят на такие поддиапазоны (зоны): поддиапазон (зона) логического 0; поддиапазон (зона) логической 1; запрещенная зона, разделяющая две первые зоны.

То, что одному значению логической величины ставится в соответствие бесконечно большое количество значений с определенного диапазона, является избыточностью в кодировании информации. Чем больше степень избыточности в кодировании информации, тем выше степень помехоустойчивости этой информации, т. е. логические сигналы являются наиболее помехоустойчивыми сигналами.

Типичные элементарные сигналы и их характеристики.

Единичный импульсный сигнал δ(T);

Единичный ступенчатый сигнал U(T);

Гармонический сигнал X(T);

Экспоненциальный сигнал.

Единичный импульсный сигнал имеет площадь равную единице, т. е. произведение длительности импульса Тi на амплитуду импульса =1. Единичный ступенчатый сигнал описывается таким аналитическим выражением:

Гармонический сигнал используется для исследования амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик импульсных устройств.

Экспоненциальный сигнал описывается таким аналитическим выражением:

1.2.Генераторы импульсных сигналов.

Устройства, предназначенные для генерации импульсов.

По форме импульсов генераторы делятся на Генераторы прямоугольных импульсов и генераторы импульсов Не прямоугольной формы, в частности генераторы пилообразных импульсов.

Чтобы получить импульсы прямоугольной формы с крутыми фронтами, широко применяются так называемые Релаксационные генераторы, принцип которых основан на использовании усилителей с положительной обратной связью. Эти генераторы могут работать в одном из таких режимов: ожидания, автоколебания, синхронизации и деления частоты.

В режиме ожидания генератор имеет одно стойкое состояние. Внешний импульс запуска вызывает прыжкоподобный переход генератора в новое нестойкое состояние. В этом состоянии, которое называется квазистойким, или временно стойким, в генераторе происходят довольно медленные изменения, которые в конце концов приводят к обратному прыжку к начальному стойкому состоянию. Длительность пребывания генератора во временно стойком состоянии, т. е. длительность импульса, определяется параметрами элементов генератора. Основные требования: стабильность длительности генерированного импульса и стойкость его начального состояния.

В автоколебательном режиме генератор не имеет стойкого состояния, а имеет два временно стойких состояния. Переход с одного временно стойкого состояния в другое и назад осуществляется прыжком без влияния какого-либо внешнего фактора. Во время этого процесса генерируются импульсы, амплитуда, длительность и период которых полностью определяются параметрами элементов генератора. Основным требованием к таким генераторам является высокая стабильность частоты импульсов.

Режим синхронизации и деления частоты применяется для генерации импульсов, частота которых равна или кратна частоте импульсов синхронизации, которые попадают на генератор из-вне.

Мультивибраторы.

Мультивибратор — одни из наиболее распространенных генераторов прямоугольных импульсов. Мультивибратор представляет собой двухкаскадный резистивный усилитель с глубокой положительной обратной связью.

Мультивибратор — это устройство, которое поочередно пребывает в двух временно стойких (квазистойких) состояниях. Как активные элементы в мультивибраторе используются биполярные и полевые транзисторы, логические интегральные микросхемы, операционные усилители.

Транзисторы мультивибратора пребывают поочередно в одном из двух режимов: в режиме отсечки и режиме насыщения.

См. схему . Элементы подобраны так, чтобы обеспечить идентичность каждого из усилительных каскадов, собранных из усилительных каскадов. При R1=R4, R2=R3, C1=C2 и одинаковых параметрах транзисторов мультивибратор называют Симметричным.

Казалось бы при полной симметрии схемы после ее включения токи транзисторов и напряжения на конденсаторов и на электродах транзисторов должны быть одинаковыми, а состояние схемы устойчивым. Однако этого никогда не происходит, т. к. идеальной симметрии схемы добиться практически невозможно. Любая, даже самая незначительная асимметрия мгновенно приведет к тому, что один из транзисторов закроется, а другой будет открыт и доведен до режима насыщения.

Пусть ток коллектора транзистора Т2 оказался несколько больше коллекторного тока транзистора Т1. Это приведет к увеличению падения напряжения на резисторе R4 и к снижению отрицательного потенциала на коллекторе транзистора Т2. Через конденсатор С2 изменение потенциала коллектора транзистора Т2 передается на базу транзистора Т1.Это приведет к уменьшения тока коллектора Т1 и к увеличению отрицательного потенциала на коллектора этого транзистора. Через конденсатор С1 изменение потенциала коллектора транзистора Т1 передается на базу транзистора Т2, что вызывает дополнительное увеличение тока коллектора этого транзистора. Далее процесс повторяется и в конечном итоге транзистор Т2 полностью откроется и войдет в режим насыщения, а транзистор Т1 закроется. Этот процесс протекает лавинообразно и поэтому очень быстро, практически мгновенно.

В режиме запирания транзистора Т1 конденсатор С1 заряжается по цепи: +Ек, участок эмиттер-база открытого конденсатора Т2, С1, R!, — Ек. В то же время конденсатор С2 (в режиме насыщения транзистора Т2) разряжается через открытый транзистор Т2 и резистор R3). Переключение схемы из одного состояния в другое зависит от скорости заряда и разряда конденсатора.

Схема транзисторного мультивибратора.

2. Электронные ключи и логические элементы.

2.1. Общие сведения о ключевых элементах.

Ключевым элементом, или просто ключом называется устройство для открывания или закрывания канала, по которому передается энергия. По физической природе ключи делятся на электрические (электронные), пневматические, гидравлические, оптические и др.

Ключи могут пребывать в одному из двух состояний: замкнутом или разомкнутом. В замкнутом состоянии ключ имеет незначительное сопротивление, в идеальном случае нулевое. В разомкнутом состоянии, наоборот, сопротивление ключа большое, в идеальном случае бесконечно большое.

Переход ключа из одного состояния в другое осуществляется скачком, за незначительный промежуток времени, под действием сигнала управления ключом. Идеальным ключом называется ключ, который в замкнутом состоянии имеет нулевое сопротивление, и бесконечно большое сопротивление в разомкнутом состоянии.

Нормально замкнутые — ключ пребывает в замкнутом состоянии при условии отсутствии сигнала управления.

Нормально разомкнутые — ключ пребывает в разомкнутом состоянии при условии отсутствии сигнала управления.

Переключатели — под действием управляющего сигнала переходит с нормально замкнутого состояния в разомкнутый.

По способу включения ключи делятся на Последовательные и Параллельные.

По роду переключаемой величины ключи делятся на ключи Напряжения и ключи Тока.

Коммутаторы — устройства, предназначенные для соединения или коммутации одного входного канала передачи сигналов на вход одного из выходных каналов передачи сигналов или наоборот, одного из входных каналов передачи сигналов на вход выходного.

Реальные ключи характеризуются такими параметрами:

1.Сопротивление в замкнутом и разомкнутом состоянии.

2.Длительность перехода ключа из замкнутого состояния в разомкнутый и, наоборот, переход ключа из разомкнутого состояния в замкнутый.

3.Максимально допустимый ток замкнутого ключа.

4. Максимально допустимое напряжение замкнутого ключа

Аналоговые ключи.

Аналоговые ключи имеют два состояния: замкнутый и разомкнутый, и предназначены для передачи входного сигнала на выход с высокой точностью и без искажений в замкнутом состоянии.