Тема 8. Формирователи импульсов и элементы синхронизации Цель занятия: Рассчитать параметры усилителя–формирователя импульсов с использованием дифференцирующих и интегрирующих rc-цепей

В импульсной технике для преобразования исходного импульса применяют следующие операции: сжатие, расширение и сдвиг (вправо по шкале времени).

Последовательное чередование или совместное использование этих операций позволяет получить сложное преобразование исходного цифрового сигнала.

Для получения импульса заданной длительности применяют следующие схемы:

1) интегрирующие цепи - для сдвига и, или расширения импульса;

2) дифференцирующие цепи – для сжатия (укорочения) исходного импульса;

3) пороговые устройства (компараторы) - для формирования крутых фронтов прямоугольных импульсов, а также для сравнения и определения момента равенства 2-х электрических сигналов между собой;

4) транзисторные ключи - для формирования импульсов требуемой амплитуды, а также для инвертирования исходного сигнала;

5) эмиттерные повторители (буферы) - для согласования сопротивлений источ-ника и приемника сигнала, а также для исключения влияния схем друг на друга.

8.1. Пассивные фильтры

Рассмотрим примеры интегрирующих и дифференцирующих цепей, на основе которых строят фильтры нижних частот (ФНЧ) и верхних частот (ФВЧ).

Схемы пассивного ФНЧ на элементах RC или LC показана на рисунке 8.1.

Схемы ФНЧ предназначены для пропускания без ослабления сигнала с частотой, лежащей ниже частоты f_СР среза, являющейся показателем К передачи.

На частоте среза фильтра амплитуда исходного сигнала спадает на 3 db.

f_СР = 1/(2π∙R∙C) U_ВЫХ = 0,69∙U_ВХ. (8.1)

т.е. коэффициент К передачи такой цепи на частоте f_СР умень­шается на 3 дБ.

Коэффициент К передачи пассивного и активного фильтра, как отношение выходного сигнала к входному сигналу, часто выражают в децибелах (db):

К = 20lg(U_ВЫХ/U_ВХ). [db] *(lg - десятичный) (8.2)

Например, 20lg2 =6 db; 20lg3,14 =10 db; 20lg10 =20 db; или К=3db= 20lg(1/√2).

При входном sin-ном сигнале с частотой f » f_СР фильтра ко­эффициент передачи ФНЧ обратно пропорционален частоте. В пассивном ФНЧ при увеличении частоты на октаву коэффициент передачи уменьшается на 6 дБ (в 2 раза).

Для оценки реакции фильтра, например, на входное воздействие в виде импульса прямоуголь­ной формы (рис. 8.1), необходимо знать свойство фильтра, т.е. его амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) во временной обла­сти.

При подаче на вход ФНЧ импульса (1) некоторой длительности t_И и в зависимости от величин элементов RC (LR), получим на выходе сигналы (линия 2, 3 и 4), характеризующие задержку (реакцию) цепи. В качестве меры оценки погрешности приближения амплитуд (ли­ний 2, 3 и 4) на выходе к амплитуде входного сигнала (линия 1) используют постоянную времени фильтра τ = RC, характеризующую про­цесс приближения выходного сигнала к входному воздействию. Линии 2÷4 на рис. 8.1,в соответствуют раз­личной постоянной времени цепи, позволяющей приближенно оценить верхнюю частоту среза. f_В = (0,35/t_Ф).

Длительность фронта t_Ф - это время, в течение которого напряжение выходного импульса возрастает, например, от 10 до 90 % конечного значения.

При достаточно большом времени ожидания (t = 3÷5 τ) амплитуда выходного сигнала достаточно точно приблизится к амплитуде входного (табл. А).

Таблица 8.А

Время ожидания	0,37 τ	0,69 τ	1τ	2,3 τ	4,6 τ	6,9 τ
Погрешность в %	90%	50%	37%	10%	1%	0,1%

Схемы пассивного ФВЧ на элементах RC или LC показана на рисунке 8.2.

Схемы ФВЧ предназначены для пропускания без ослабления сигнала с частотой, лежащей выше частоты f_СР среза. На рис. 8.2,в показана передаточная АЧХ дифференцирующей цепи при воздействии на вход прямоугольного импульса заданной длительности. При подаче на вход такого импульса схема ФВЧ формирует импульсы тока от действия переднего и заднего фронта входного импульса.

Рис. 10

ФВЧ срезает частотную характе­ристику с другой ее стороны. На частоте среза амплитуда ФВЧ исходного сигнала спадает на 3 db.

f_СР = 1/(2π∙R∙C) U_ВЫХ = 0,69∙U_ВХ, (8.3)

Коэффициент К передачи такой цепи на частоте f_СР также умень­шается на 3 дБ.