5. Элементы импульсной и цифровой техники

Режим работы радиоэлектронных устройств с непрерывными (аналоговыми) сигналами не является единственным. Широкое применение в ряде областей радиоэлектроники (радиолокации, телевидении, вычислительной и измерительной технике) находит импульсный режим, который характеризуется периодическим чередованием рабочих моментов и пауз. Импульсный режим по сравнению с непрерывным режимом имеет ряд преимуществ, которые и определяют его возможности. Основные преимущества импульсных схем – высокий КПД, приближающийся к 90 – 95%, при малом значении средней (рассеиваемой) мощности потребления, высокая надежность. Тенденции развития радиоэлектронных систем показывают, что будущее будет принадлежать импульсным и цифровым устройствам.

5.1. Общая характеристика импульсного режима работы

В импульсном режиме временные диаграммы напряжений (токов) имеют импульсный вид. На рис. 5.1, в качестве примера, представлены некоторые виды видеоимпульсов.

Видеоимпульс прямоугольной формы (рис. 5.1,а) является удобной для теоретического анализа математической моделью импульсного сигнала, так как не существует устройств, способных его сформировать. Связано это с тем, что такой импульс имеет бесконечный амплитудно - частотный спектр, а реальные устройства формирования и усиления сигналов свойствами бесконечности полосы пропускания не обладают.

Реальные импульсы имеют скошенные фронты и срезы, что свидетельствует о подавлении высокочастотных составляющих в спектре сигнала (см. рис.5.1,б, в). Искажение вершин импульсов связано с поведением низкочастотных составляющих.

Несмотря на разнообразие задач, которые решаются с помощью импульсных устройств, число форм сигналов сравнительно невелико. На практике применяются прямоугольные (точнее, близкие к прямоугольным), трапецеидальные, пилообразные, экспоненциальные и колоколообразные импульсы. Выбор вида используемого видеоимпульса определяется назначением радиотехнического устройства.

Основными параметрами реальных импульсных сигналов являются:

амплитуда U_m (максимальное значение импульсного сигнала);

длительность импульса τ_И. Данный параметр является строго определенным только для импульсов прямоугольной формы. Для других импульсов он зависит от уровня отсчета, например: уровень 0,5, уровень 0,1 или уровень 2/π от максимального значения. Выбор уровня отсчета определяется задачей и обеспечивает простоту ее решения;

период следования Т_И и частота следования импульсов F_И = 1 / Т_И ;

скважность Q = Т_И / τ_И и коэффициент заполнения К_З = 1 / Q;

длительность фронта τ_Ф и длительность среза τ_С импульса;

выброс фронта импульса и др.

Импульсные параметры обычно определяются на уровнях 0,9 и 0,1 от амплитуды сигнала, однако этот подход не является строгим.

Импульсные режимы имеют особенности и обладают рядом преимуществ относительно непрерывных режимов работы.

1. В импульсном режиме различают мощность в импульсе и среднюю за период мощность Р_СР = Р_И /Q. При большой скважности импульсная мощность значительно выше средней мощности. Так как размеры и вес аппаратуры определяются в основном средней мощностью, в импульсных устройствах большой ряд узлов имеет существенно меньший вес и габариты.

2. За счет малой средней мощности резко уменьшается выделение тепла элементами схемы, снижается влияние температуры на стабильность параметров схем.

3. Импульсный режим позволяет произвести дискретизацию, квантование и кодирование сигналов (перейти к цифровой обработке сигналов), что дает неоспоримые преимущества в приеме, обработке и анализе сигналов.

4. Для дискретной радиоэлектроники требуется большое число однотипных элементов, которые легко изготовить в интегральном исполнении. Это, в свою очередь, значительно улучшает такие показатели аппаратуры, как плотность упаковки, надежность, вес, размеры.