Підсилювачі імпульсних сигналів.

Основні властивості і характеристики імпульсних сигналів.

Імпульсні сигнали (дискретні) можуть бути періодичними і неперіодичними. В радіоелектронній техніці розглядають два види імпульсів:

1. Відеоімпульси — це короткочасні струми або напруги одного напрямку.

2. Радіоімпульси — це короткочасні серії (пакети) високочастотних струмів або напруг.

В реальному прямокутному імпульсі виділяють три частини:

1) Фронт — та частина імпульсу, в ході якої напруга зростає.

2) Верхівка — та частина імпульсу, в ході, якої напруга майже не змінюється.

3) Зріз (задній фронт) — та частина імпульсу, в ході якої напруга спадає до нуля.

Основними характеристиками імпульсу є:

1) Тривалість (tu) — являє собою час існування імпульсу.

2) Амлітуда (Um) — найбільше значення напруги (струму) в імпульсі.

3) Активна довжина фронту (tфр) — час наростання напруги (струму) від 0.1 до 0.9 Um.

4) Активна довжина зрізу (tср) — час спаду напруги (струму) від 0.9 до 0.1 Um.

5) Крутизна фронту (спаду) — відношення амлітуди імпульсу до активної довжини фронту (спаду).

S=

6) Період повторення (Tu) — час від початку даного до початку наступного однотипного імпульсу. Частота повторення Fu= .

7) Скважність (q) (Q) — відношення періоду до тривалості. Q= . Величина зворотня скважності називається коефіцієнтом заповнення. .

Для визначення енергетичних властивостей впливу імпульсу на навантаження вводять поняття середнього значення імпульсу (постійна складова) за період і за час тривалості імпульсу.

;

Для прямокутного імпульсу

; ;

Це говорить, що якщо накопичувати безперервно енергію, яку віддає джерело , а після цього, під час імпульсу віддавати її, то потужність в імпульсі буде в Q раз більше потужності джерела.

Імпульсний періодичний сигнал, як і будь-який несинусоідальний періодичний сигнал складається з ряду синусоідальних складових, частоти яких кратні частоті повторення імпульсів.

Закон модифікації амлітуди

В спекторі імпульсного сигналу будуть відсутні складові з частотами, кратними .

Форма огинаючої спектора імпульсних сигналів при однаковій частоті повторення залежить від форми імпульсу.

Дзвоноподібний імпульс містить мало ВЧ складових. Його ширина спектру відповідає Fa= .

Ця смуга називається активною шириною спектру. Для прямокутника .

Для того, щоб імпульсний сигнал не зазнавав істотних викривів, необхідно, щоб був переданий без викривів весь його активний спектр частот. Наприклад, для передачі прямокутних імпульсов з tu=1мкс, необхідно передати без викривів смугу частот від 0 до . Очевидно, для збільшення швидкості передачі інформації тривалість імпульсу повинна бути по можливості меншою, але це вимагає збільшення ширини спектру.

Розклад сигналів складної форми на складові називається аналізом сигналів, а отримання вихідного сигналу шляхом додавання його складових— синтез сигналів .

Таким чином, підсилювачі імпульсних сигналів повинні забезпечувати рівномірне підсилення сигналів в дуже широкому частотном діапазоні. Як і в підсилювачах безперервних сигналів, в підсилювачах імпульсів є викривлення (частотні, фазові, нелінійні), тому імпульси на виході підсилювача дещо відрізняються від тих, що надходять на вхід.

Викривлення вважаються допустимими, якщо активний час фронту і зрізу не перевищують 0.1 його тривалості, а спад (скол) верхівки не перевищує 10% від Um.

Якість підсилювачів імпульсних сигналів зручно оцінювати за перехідною характеристикою — тобто графіку сигналу, що одержується на виході підсилювача при подачі на його вхід одиничного ступінчатого сигналу. (тобто при t=0, Uвх=0; при t>0, Uвх=1).

При цьому тривалість імпульсу на вході повинна бути набагато більше часу встановлення перехідних процесів в схемі підсилювача.

Для підсилення імпульсних сигналів використають головним чином резистивні підсилювачі, що забезпечують рівномірне підсилення в широкому діапазоні частот (від одиниць Гц до десятків МГц).

При цьому коефіцієнт підсилення на крайніх частотах діапазону повинен складати не менше коефіцієнту на середній частині діапазону.

Для цього потрібно зменшувати навантажувальний опір каскаду, щоб послабити шунтування навантаження міжелектродними і паразитними ємностями. Але при цьому зменшується коефіцієнт підсилення на середніх частотах.

Тому широкополосні каскади мають порівняльно невеликий коефіцієнт підсилення. Якість широкополосного підсилення оцінюють площею підсилення, яка рівна добутку к_о на верхню граничну частоту .

ВЧ лампові пентоди забезпечують площу підсилення до 200МГц. Польові транзистори мають площу підсилення менше, зате споживають в 25 - 30 раз меншу потужність. При використанні біполярних транзисторів площа підсилення залежить від опору навантаження: при площа підсилення в декілька раз більше, ніж у пентодів; при площа підсилення різко зменшується, бо верхня гранична частота збільшується повільніше, ніж падає коефіцієнт підсилення.

Для розширення смуги робочих частот в схеми підсилючих каскадів вводяться додаткові коректуючі ланцюги.

Ланцюги, призначені для покращення частотної характеристики в нижній і верхній частинах діапазону, називають ланцюгами низькочастотної і високочастотної корекції.

НЧ корекція: зростає коефіцієнт підсилення в області НЧ і за рахунок цього покращує перехідну характеристику підсилювача в області більших постійних часу. Застосовуючи до імпульсних сигналів, це означає зменшення спаду верхівки.

ВЧ корекція: зростає коефіцієнт підсилення в області ВЧ і покращує перехідну характеристику в області малих постійних часу. Застосовуючи до імпульсних сигналів це означає підвищення крутизни фронту.