1.4. Периодическая последовательность прямоугольных импульсов
На рис. 1.5,а приведен график периодической последовательности прямоугольных импульсов положительной полярности, а на рис. 1.5,б – график периодической последовательности прямоугольных импульсов отрицательной полярности.
а б
Рис. 1.5
Из
рис. 1.5,а можно понять, что каждый импульс
положительной полярности представляет
собой 2 последовательных скачка напряжения
(скачок – мгновенное изменение уровня):
«положительный» скачок (от нуля до
максимального значения
)
и равный ему по высоте «отрицательный»
скачок (от максимального значения
до нуля), разделенных интервалом времени,
называемым длительностью импульса
.
Представленные на рис. 1.5 импульсы являются математической абстракцией реальных физических колебаний. Получить такие импульсы с помощью реальных устройств невозможно, так как за бесконечно малый интервал времени нельзя скачком изменить ни напряжение, ни ток в любых физических объектах.
Поэтому для импульсов, реально существующих в радиотехнических устройствах, название «прямоугольные импульсы» является условным, а приведенные на рис. 1.5 графики нужно рассматривать как очень упрощенные их модели. Эти упрощенные модели называются идеальными прямоугольными импульсами.
Периодическая последовательность идеальных прямоугольных импульсов характеризуется следующими параметрами:
– размах (высота) импульса;
– период колебания (следования импульсов);
– длительность импульса;
– длительность
паузы между импульсами.
На рис. 1.6 представлена лицевая панель ВП «13 Прямоугольные импульсы.ехе», предназначенного для наблюдения и исследования этого периодического колебания.
Упражнение 1.3. Запустите пример-программу «13 Прямоугольные импульсы.exe» и проведите следующие исследования:
1. Пронаблюдайте за временной диаграммой колебания при поочередном изменении в допустимых пределах всех параметров колебания. Обратите внимание на то, что использовать термин «амплитуда» по отношению к колебаниям негармонической формы некорректно, амплитудным параметром прямоугольного импульса является его размах.
2. При работе с данным прибором обратите внимание на расположение графика импульсного колебания на временной оси. Изменить его можно с помощью регулятора «Смещение, мс», перемещающего начало импульса (так называемый фронт импульса) относительно момента «ноль» временной оси. Поэкспериментируйте с этим и сделайте вывод.
3. Ответьте на следующие вопросы.
Как изменится изображение прямоугольного колебания на рис. 1.6, если:
- уменьшить частоту колебания?
- увеличить размах колебания?
- уменьшить период колебания?
- изменить полярность импульсов?
- увеличить смещение импульса по отношению к началу временной оси?
Как изменится размах импульса на изображении колебания на рис. 1.6, если увеличить частоту колебания?
Рис. 1.6
4. Остановите выполнение программы нажатием на кнопку СТОП. Закройте ВП.
На рис. 1.7 приведен график периодической последовательности трапецеидальных импульсов.
Трапецеидальный импульс характеризуется следующими параметрами:
– размах (высота) импульса;
– период колебания (следования импульсов);
– длительность импульса;
– длительность
фронта импульса;
– длительность
среза импульса.
Рис. 1.7
Трапецеидальный импульс является математической моделью, более близкой к фактически существующим в радиотехнических устройствах реальным прямоугольным импульсам. Временная диаграмма такого реального прямоугольного импульс приведена на рис 1.8.
Рис. 1.8
Эти
импульсы, как и трапецеидальные, тоже
характеризуются размахом
,
длительностью импульса
,
длительностью фронта
и длительностью среза
.
Но из-за особенностей их формы (отсутствие
резких границ между отдельными участками
импульса) длительности импульса, фронта
и среза отсчитываются чаще всего по
уровням 0,1∙
– 0,9∙
так, как показано на рис. 1.8. При измерениях
обычно оговаривают, по каким уровням
проведены измерения этих параметров,
поскольку уровни могут быть различными.
Например, на рис. 1.8 длительность импульса
определяется по уровню 0,1∙
,
однако иногда длительность импульса
измеряют и по уровню 0,5∙
.
Используя график реального прямоугольного импульса на рис. 1.8, полезно дать определение каждому временному параметру колебания. Так, длительностью фронта прямоугольного импульса называется интервал времени, в пределах которого мгновенное значение колебания нарастает от уровня 0,1 до уровня 0,9 его размаха. Предлагается самостоятельно сформулировать определения для других параметров реального импульса.
На рис. 1.9 представлена лицевая панель ВП «14 Реальный прямоугольный импульс», предназначенного для наблюдения этого колебания и исследования его параметров.
Рис. 1.9
Данный прибор позволяет в определенных пределах изменять размах импульса, крутизну его фронта и среза, а также положение начала импульса по отношению к нулевой точке временной оси.
Упражнение 1.4. Запустите пример-программу «14 Реальный прямоугольный импульс.exe» и проведите следующие исследования:
1. Поочередно, изменяя размах импульса, длительности фронта и среза и смещение импульса, пронаблюдайте за временной диаграммой колебания. Обратите внимание на то, что при увеличении длительностей фронта и среза ухудшается качество импульса (уменьшается степень его прямоугольности).
2. В процессе работы с ВП обратите внимание на то, что длительность фронта и среза импульса на шкале соответствующего управляющего элемента указана приблизительно. В процессе выполнения ВП все реальные значения временных параметров импульса автоматически определяются программой и выводятся на индикаторы лицевой панели. Для удобства наблюдения за этими параметрами диаграмма колебания снабжена двумя курсорами, которые могут быть независимо друг от друга помещены в любую точку графика колебания. В соответствующих окнах под диаграммой колебания можно наблюдать отображаемые на индикаторах значения аргумента и функции в точке размещения курсора.
3. Проведите сопоставительный анализ значений временных параметров колебания (длительностей импульса, его фронта и среза), определенных программой автоматически, с теми значениями, которые получаются путем грамотного размещения курсоров на графике импульса и проведения дополнительных несложных расчетов в уме.
4. Ответьте на следующие вопросы.
Как изменится изображение реального прямоугольного колебания на рис. 1.8, если:
- увеличить размах колебания?
- увеличить временную задержку импульса?
- уменьшить длительности фронта и среза импульса?
- увеличить длительности фронта и среза импульса?
Как изменится длительность фронта импульса при увеличении размаха импульса?
Как изменится длительность импульса при уменьшении размаха импульса?
Как изменится длительность среза импульса при увеличении размаха импульса?
Как изменится размах импульса при увеличении длительности фронта и среза импульса?
5. Остановите выполнение программы нажатием на кнопку СТОП. Закройте ВП.