Вопрос 24. Импульсный сигнал и его параметры. Изменение формы импульсного сигнала при прохождении им линейных цепей.

Электрическим импульсом назовем кратковременное из­менение электрического напряжения или силы тока.

В технике импульсы подразделяются на две большие группы: видео- и радиоимпульсы.

В идеоимпульсы — это такие электрические импульсы тока или напряжения, которые имеют постоянную составляющую, от­личную от нуля. Таким образом, видеоимпульс имеет преимуще­ственно одну полярность. По форме видеоимпульсы бывают (рис. 14.12): а) прямоугольные; б) пилообразные; в) трапециедальные; г) экспоненциальные; д) колоколообразные и др.

Радиоимпульсы — это модулированные электромагнитные колебания (см. рис.).

В физиологии термином «электрический импульс», или «электрический сигнал», обозначают именно видеоимпульсы, поэтому рассмотрим параметры этих импульсов, оценивающие их форму, длительность и свойства отдельных участков.

Х арактерными участками импульса (см. рис.) являются: 1 — 2 — фронт, 2—3 — вершина, 3—4 — срез (или задний фронт), 4— 5 — хвост. Импульс, изображенный на этом рисунке, очень схематичен. У него четко определены моменты начала t₁, перехода от фронта к вершине t₂ и конца импульса t₅. В реальном сигнале (импульсе) эти времена размыты (см. рис.), поэтому их экспериментальное определение может внести существенную погрешность.

Для уменьшения возможной погрешности условились выделять моменты времени, при которых напряжение (или сила тока) имеет значения 0,1 U_m и 0,9 U_m, где U_m — амплитуда, т. е. наибольшее значение импульса (см. рис.). На этом же рисунке показаны: _ф — длительность фронта; _ср — длительность среза и _и — длительность импульса. Отношение

Называют крутизной фронта.

П овторяющиеся импульсы называют импульсным током. Он харак­теризуется периодом (периодом повторения импульсов) Т — средним временем между началами соседних импульсов (см. рис.) и частотой (частотой повторения импульсов) f = 1/Т. Скважностью следования импульсов называется отношение:

Величина, обратная к скважности, есть коэффициент заполнения

При прохождении импульсов тока через живые ткани изменяется не только амплитуда, но и форма импульсов. Наибольшему изменению подвергаются импульсы прямоугольной формы, меньше всего изменяются синусоидальные импульсы. Указанные изменения связаны с характером импеданса (полного сопротивления) ткани. Поскольку биологические мембраны обладают емкостными свойствами, а цитоплазма и межклеточная жидкость - резистивными, в простейшем случае импеданс ткани может быть представлен тремя цепями, показанными на рис. 1.

Первая цепь, изображённая на рис. 1 а и называемая ослабляющей, не изменяет форму прямоугольного импульса, а только уменьшает его, как показано на рис. 2 а, т.е. обладает чисто резистивными свойствами. В этом случае U_ВЫХ = КU_ВХ, где К=R₂/ (R₁+R₂) - коэффициент передачи цепи. Цепь на рис. 1 б называется интегрирующей, т.к. U_ВЫХ = (1/RC) U_ВХdt, где RC =  называется постоянной времени цепи. Изменение формы импульса показано на рис. 2 б.

Цепь, показанная на рис. 1 в, называется дифференцирующей, поскольку U_ВЫХ= RC dU_ВХ/dt, где RC =  - постоянная времени цепи. Форма прямоугольного импульса, прошедшего через дифференцирующую цепь, показана на рис. 2 в.

а б в

Рис. 1

а б в

Рис.2