1В) 1. Дифференцирующая цепочка rc (назначение, схема, принцип работы)

Д ифференцирующей называют цепь, у которой выходное напряжение пропорционально производной входного. Дифференцирующая цепь обеспечивает:

— укорачивание длительности выходных импульсов по сравнению с входными, такие цепи используются для получения запускающих импульсов, меток времени и расстояния;

—селекцию импульсов по длительности, т.е. выделение коротких импульсов из смеси импульсов различной длительности;

—получение электрическим путем математической производной какой-либо функции (например времени), такие цепи имеются в системах автоматического регулирования.

На практике часто используется RC-цепь (рис. 9.2), напряжение на выходе которой U₂= Ri_С= RC (dU_С/ dt)

Относительно источника входных импульсов конденсатор и резистор соединены последовательно. В момент подачи входного импульса конденсатор находится в разряженном состоянии, т.е. U_С= 0.

На выходе напряжение (U_R) в этот момент равно входному напряжению U₁. По мере заряда конденсатора напряжение на выходе будет уменьшаться, когда конденсатор зарядится, выходное напряжение станет равным нулю. По окончании действия входного импульса происходит перезаряд конденсатора, на выходе цепочки появляется импульс противоположной полярности. Таким образом, дифференцирующая цепочка служит для получения разнополярных импульсов и является укорачивающей (t_и.вых<< t_и.вх). Для дифференцирующей цепочки резистор и конденсатор подбираются таким образом, чтобы соблюдалось следующее условие:

τ<< t_и.вх, где t = RC — постоянная времени. Длительность выходного импульса такой цепи t_и.вых=2,3 RC.

2В) 2. Интегрирующая цепочка rc (назначение, схема, принцип работы)

И нтегрирующей называют цепь (рис. 9.3), у которой выходное напряжение пропорционально интегралу входного напряжения.

Интегрирующая цепь служит для формирования из коротких более длительных импульсов. Чаще используется RC-цепь, но в отличие от дифференцирующей цепи выходной сигнал снимается не с резистора, а с конденсатора.

В момент подачи входного импульса выходное напряжение рав-но0, т.к. конденсатор находится в разряженном состоянии. По мере заряда конденсатора напряжение на выходе возрастает и, если позволяет длительность входного импульса, амплитуда выходного импульса становится равной амплитуде входного импульса.

Для данной цепочки резистор и конденсатор подбираются таким образом, чтобы выполнялось след. условие: τ>> t_и.вх

Длительность выходного импульса такой цепи t_вых=3 RC+ t_вх

3В) 3. Диодные ограничители (назначение, схема, принцип работы)

Ограничителями называют устройства, пропускающие на выход часть входного напряжения, расположенную выше или ниже так называемого уровня ограничения напряжения. Под уровнем ограничения напряжения понимают определенное значение напряжения (положительного, отрицательного или нулевого), по отношению к которому ограничитель обладает способностью пропускать импульсы соответствующего знака и амплитуды. Различают ограничение двустороннее, снизу и сверху. При ограничении снизу на выход пропускается та часть входного напряжения, которая расположена выше уровня ограничения; при ограничении сверху пропускается часть входного напряжения, расположенная ниже уровня ограничения; при двустороннем ограничении пропускается входное напряжение, уменьшенное по амплитудам сверху и снизу.

П ростейшими ограничителями являются диодные параллельного и последовательного типа. Последовательный ограничитель снизу (рис. 9.4, а) пропускает на выход ту часть входного напряжения, которая способна создать прямой ток в диоде VD (положительный импульс), а параллельный (рис. 9.4, б) — ту часть, при которой диод VD запирается обратным напряжением. Указанные схемы (рис. 9.4, а, б) обеспечивают ограничение напряжения снизу на нулевом уровне, пропуская на выход только импульсы положительной полярности. При импульсах отрицательной полярности на входе выходное напряжение U_вых на выходных зажимах отсутствует, так как в первом случае (рис. 9.4, а) к диоду приложено обратное напряжение, диод заперт и ток через резистор R_н не протекает; во втором случае (рис. 9.4, б) диод VD шунтирует резистор R_н.

В обоих случаях не происходит идеального ограничения снизу и при входных отрицательных импульсах на выходе образуются небольшие отрицательные импульсы, что объясняется следующим.

В последовательном ограничителе (рис. 9.5, а) наличие отрицательного напряжения на входе сопровождается прохождением обратного тока диода по R_н, что вызывает некоторое снижение напряжения на I_обрR_н на выходе. Эффект ограничения увеличивается с уменьшением обратного тока диода и уменьшением R_н. Однако чрезмерное уменьшение сопротивления не допустимо, так как это увеличивает нагрузку источника U_вх и понижает амплитуду выходного сигнала при положительном импульсе на входе. В параллельном ограничителе (рис. 9.5, б) остаточное напряжение на выходе при отрицательном напряжении U_вх будет равно прямому падению напряжения на диоде ∆U_пр и практически не зависит от сопротивления нагрузки. При положительном импульсе на входе часть положительного входного напряжения теряется в резисторе R_огр, предназначенного для защиты диода и источника входного напряжения от чрезмерно большого тока при отрицательном импульсе на входе. Во избежании понижения амплитуды выходного напряжения необходимо выполнение условия R_н > R_огр. Последовательные ограничители применяют при низкоомных нагрузках, а параллельные— при высокоомных. Ограничители напряжения в большинстве случаев ставят на входе электронных устройств.

Отличие последовательного и параллельного ограничителей сверху от ограничителей снизу состоит только в направлении включения диодов VD, а приведенные диаграммы показывают характер выходного напряжения по отношению к входному.

При необходимости ограничения на уровне, не равном нулю, в схему диодного ограничителя вводят источник смещающего напряжения E.