Простейшие формирователи импульсов

Для формирования импульсов используются пассивные элементы – сопротивления, емкости, индуктивности и активные элементы – диоды, транзисторы, тиристоры.

Дифференцирующая цепь – это линейный четырехполюсник (рисунок 6), напряжение на выходе которого U_вых пропорционально скорости нарастания входного напряжения U_вх, т. е.

U_вых = ; τ = L / R;

U_вх = idt + iR.

Параметры RC выбирают так, чтобы RC << T, тогда iR << idt, U_вх = idt. Продифференцируем:

i = C .

Т

R

ак как U_вых = iR, то U_вых = iR = RC .

С

U_вых

U_вых

R

L

Рисунок 6 – Дифференцирующие цепи

При подаче на вход RС-цепи прямоугольного импульса напряжение U_R возрастает скачком от нуля до U_вх, а по мере заряда С оно убывает по экспоненциальному закону до нуля и τ = RC. После заряда С (τ = 3RC) U_C = U_вх, а U_R = U_вых = 0.

При исчезновении входного импульса конденсатор С разряжается от U_вх до 0 через генератор импульсов с той же τ. На входе появится отрицательный импульс – U_вх. Таким образом, с помощью RC-цепи прямоугольный импульс преобразуется в два коротких импульса. Поэтому RC-цепь называют также укорачивающей.

Дифференцирующие цепи применяют для:

– получения производной;

– укорачивания импульсов;

– селекции импульсов.

Интегрирующая цепь – это линейный четырехполюсник (рисунок 7), для которого справедливо выражение:

U_вых = K ∫U_вхdt.

Дифференциальное уравнение для этой цепи имеет вид:

U_вх = iR + idt.

Чем меньше U_вых, тем интегрирование точнее, т. е. U_вых << U_вх.

Для выполнения этого условия надо увеличивать τ = RC, тогда U_вх ≈ iR и I ≈ U_вх / R. В этом случае:

Рисунок 7 – Интегрирующая цепь

Интегрирующие цепи применяют:

– в схемах генерирования пилообразного напряжения;

– для селекции импульсов по длительности.

Диодные ключи. Способность диодов проводить электрический ток в одном направлении используется для:

– получения синусоидальных импульсов;

– ограничения амплитуд сигналов;

– преобразования синусоидального напряжения в трапецеидальные импульсы.

Простейший диодный ключ (последовательный) использует один полупроводниковый выпрямитель (рисунок 8).

где R_Д – сопротивление диода.

а б

Рисунок 8 – Диодный ключ:

а – электрическая схема; б – график выходного напряжения

На основе параллельных диодных ключей применяют ограничители амплитуды импульсов (рисунок 9).

а б

Рисунок 9 – Ограничитель амплитуды импульсов:

а – электрическая схема; б – график выходного напряжения

Диод открыт, если U_вх > Е и U_вых = U_вх = Если R_д <<R,

то U_вых = Е.

При синусоидальном U_вх ограничиваться будет только положительная полуволна синусоиды.

Для ограничения разнополярных импульсов используют схему с двумя диодами (рисунок 10):

– при U_вх > Е₁ U_вых ≈ Е₁;

– при Е₁ ≥ U_вх ≥ Е₂ оба диода закрыты и U_вых = U_вх;

– при U_вх < – Е₂ U_вых ≈ – Е₂.

а

б

Рисунок 10 – Двуполярный ограничитель:

а – электрическая схема; б – график выходного напряжения

Д

Рисунок 11 – Электрическая схема

двустороннего ограничителя

вусторонний ограничитель позволяет преобразовывать синусоидальное напряжение в трапецеидальные импульсы разной полярности (рисунок 11).