15. Наибольшее применение получили прямоугольные и экспоненциальные видеоимпульсы.

16. На практике в импульсной технике наиболее широко используются видеоимпульсы. Поэтому более подробно рассмотрим вид и параметры таких импульсов.

17. Вид импульсов и характерные участки импульсов.

18. Реальные видеоимпульсы имеют вид представленный ниже на рисунке.

19. Видеоимпульс имеет следующие основные составные части:

20. Участок AB - фронт, т.е. отклонение напряжения от исходного уровня.

21. Участок BC - вершина импульса.

22. Участок CD- срез (задний фронт), т.е. возврат напряжения к исходному уровню.

23. Участок AD -основание импульса.

24. Такое подробное рассмотрение параметров импульсов необходимо в связи с их влиянием на срабатывание (отпирание и запирание) импульсных устройств. При этом, моменты срабатывания определяются фронтом и срезом импульса. Вершина импульса соответствует рабочей части импульса, которая определяет, например, время открытого состояния импульсного устройства.

25. Основные параметры импульсов.

26. Параметры импульса:

1. Амплитуда импульса U_m - наибольшее отклонение импульса от исходного уровня.

2. Длительность импульса t_и. Измеряется на различных уровнях U_m. Длительность бывает

• полная, на уровне 0,1U_m (t_ио);

• активная, при которой обычно срабатывает импульсное устройство - на уровне 0,5U_m (t_иа).

3. Длительность фронта (t_ф) - время нарастания напряжения от 0,1U_m до 0,9U_m (может быть полной и активной).

3. Длительность среза (t_c) - время возвращения напряжения к исходному уровню от 0,9U_m до 0,1U_m.

4. Спад вершины импульса (U_m). Описывается коэффициентом спада

27. К_с=U_m/U_m

28. Величина коэффициента спада колеблется в диапазоне от 0,01 до 0,1.

29. В качестве дополнительного можно отметить такой параметр как крутизна - скорость нарастания (спада) импульса.

30. Крутизна фронта определяется как

31. S_ф=U_m./t_ф

32. Крутизна среза определяется как

33. S_с=U_m./t_с

34. Определяется крутизна в [В/с].

35. Прямоугольный импульс обладает бесконечно большой крутизной.

36. Параметры последовательности импульсов.

37. Понятно, что на практике используются не единичные импульсы, а их последовательность.

38. Рассмотрим параметры последовательности импульсов.

1. Период следования (повторения) - Т.

T=t_и+t_п

2. Частота следования (повторения) - F. Это есть число импульсов в cекунду.

39. Выражение для определения частоты имеет вид:

40. F=1/T

3. Скважность -отношение интервала между импульсами (периода) (скважины) к длительности самого импульса (Q).

41. Q=T/t_и

42. Как правило, скважность всегда должна быть больше 1 (Q>1).

4. Коэффициент заполнения - величина, обратная скважности ()

43. =1/Q

45. Таким образом:

1. Основными параметрами импульсов являются амплитуда, длительность импульса, длительность фронта, длительность среза, спад вершины импульса.

2. Параметрами последовательности импульсов являются период следования импульсов, частота следования импульсов, скважность, коэффициент заполнения.

2. Переходные процессы в линейных цепях.

47. В импульсной технике широко применяются устройства формирующие напряжение одной формы из напряжения другой формы. В качестве входного сигнала могут использоваться сигналы гармонической или скачкообразной формы.

48. Устройства, предназначенные для решения задач формирования импульсов называются формирующими.

49. Формирующие устройства строятся с использованием линейных и нелинейных элементов. При этом, различие между получаемыми устройствами заключается в характере изменения ВАХ используемых приборов.

50. Рассмотрим линейные формирующие цепи.

51. Линейная цепь состоит из элементов R, L, C параметры которых не зависят от значения и направления протекающего тока и приложенного напряжения.

52. Процессы в цепях, содержащих конденсаторы (и катушки индуктивности), могут быть как установившиеся, так и переходные.

53. В установившихся режимах напряжения на элементах и токи в ветвях остаются неизменными (в цепях переменного тока остаются неизменными амплитудные значения напряжений и токов).

54. Процесс перехода цепи от одного энергетического установившегося режима к другому называют переходным. Переходные процессы возникают как вследствие коммутаций (включения или выключения источников питания, подключение или отключение элементов цепей), так и при возникновении аварийных режимов (обрыве или коротком замыкании какой-либо части электрических цепей).

55. Назначение линейных цепей.

56. В импульсной технике линейные цепи используются для формирования и преобразования импульсов, для получения желаемого изменения формы передаваемого напряжения.

57. Классификация линейных цепей

58. Основными линейными цепями являются:

• дифференцирующие цепи;

• интегрирующие цепи;

• линии задержки;

• формирующие цепи (формирующие линии) и т.д.

59. Как основополагающие, рассмотрим дифференцирующие и интегрирующие цепи.

60. В связи с необходимостью микроминиатюризации в импульсной технике преимущественно используются дифференцирующие интегрирующие цепи на базе R и C. (R и L не используются).

61. Поэтому рассмотрим именно такие дифференцирующие и интегрирующие цепи на базе R и C.

62. Принцип действия.

63. Возникновение переходных процессов связано с особенностями изменения энергии электрического поля конденсаторов (изменение энергии не может происходить мгновенно, скачком, т.е. напряжение на конденсаторе мгновенно не изменяются:

64. u_C(о^-)=u_C(о⁺) .

65. В цепях, содержащих только резистивные элементы, энергия не запасается и переходные процессы не возникают.

66. Схема включения.

67. Линейная RC имеет вид:

68. Функционирование схемы.

69. Физическая интерпретация процессов происходящих в RC- цепях такова: в момент скачкообразного увеличения напряжения, напряжение на незаряженном конденсаторе сохранит свое первоначальное значение равное нулю (конденсатор не может зарядиться мгновенно); напряжение резистора примет значение входного сигнала; ток в цепи максимален. С течением времени, по мере зарядки конденсатора, напряжение на конденсаторе будет возрастать, ток в цепи и напряжение на резисторе уменьшатся. Если длительность входного импульса напряжения не меньше времени переходного процесса, то напряжение на конденсаторе к моменту окончания импульса станет равным входному напряжению, напряжение на резисторе - нулю.

70. При скачкообразном уменьшении входного напряжения резистор и конденсатор оказываются соединенными параллельно. Следовательно, напряжение на резисторе принимает значение, равное напряжению на конденсаторе, но с полярностью, противоположной полярности напряжения на конденсаторе в момент включения импульса. С течением времени, по мере разряда конденсатора, напряжение на элементах будет уменьшатся до нуля.

71. Рассмотрим работу RC схемы более подробно.

72. При подаче на вход прямоугольного импульса длительностью t_и и амплитудой U_m происходит заряд конденсатора C. После окончания действия импульса конденсатор разряжается по цепи через сопротивление R, плюс источника питания, минус источника питания. Известно, что RC цепь обладает постоянной времени t_ц которая определяется как

73. t_ц=RC.

74. Поэтому возможны случаи, когда t_и>>t_ц и, наоборот, t_и <<t_ц. При этом, форма сигнала зависит еще и от того, какой сигнал является выходным (т.е. с какого элемента снимается выходное напряжение).

75. Рассмотрим работу схемы и формы напряжений на элементах как указано на рисунках.

76. Рассмотрим цепь при воздействии прямоугольного импульса (скачка напряжения на входе цепи). На основании 2 закона Кирхгоффа уравнение цепи для t0 интегро-дифференциальное уравнение имеет вид:

77. U_r+U_c=U_m

78. где

• U_r - падение напряжения на сопротивлении;

• U_c - падение напряжения на конденсаторе;

• U_m - амплитудное значение напряжения входного прямоугольного импульса.

79. В исходном состоянии до подачи входного сигнала ток в цепи не протекает, и конденсатор разряжен.

80. В рабочий период в момент подачи t=0 на вход подается напряжения с амплитудой U_m. В соответствии со 2-м законом коммутации (закона непрерывного изменения электрического заряда, который звучит следующим образом: величина электрического заряда конденсатора не может изменяться скачком) напряжение на C скачком измениться не может, U_c(0)=0. Все напряжение приложено к резистору, т.е. U_r(0)=U_m.

81. Ток в цепи имеет максимальное значение

82. i=U_m/R

83. Далее конденсатор С заряжается, напряжение на нем растет, соответственно, напряжение на сопротивлении R уменьшается, ток в цепи также падает. В итоге при t=бесконечности U_c()=U_m и U_r() =0.

84. Так как,

85. U_r=iR, i=CdU_c/dt,

86. то

87. RCdU_c/dt+U_c=U_m.

88. Решая относительно U_c, получаем:

89. 

90. Здесь через t_ц=RC обозначается постоянная времени цепи.

91. Процесс получения напряжения, отвечающий данному закону называется интегрированием. Решая относительно U_r, получаем:

92. 

93. Процесс получения напряжения, отвечающий данному закону называется дифференцированием.

94. Таким образом, видно, что напряжение на R уменьшается от максимального значения до 0 по экспоненциальному закону. Соответственно, напряжение на C увеличивается от 0 до максимального значения так же по экспоненте. (См. рис.)

95. Ток в цепи пропорционален напряжению U_r(t), следовательно, ток в цепи так же убывает по экспоненте.

96. Постоянная времени цепи t_ц характеризует крутизну экспоненты. Чем меньше t_ц, тем быстрее напряжение на сопротивлении стремится к нулю. И, наоборот, чем больше t_ц, тем медленнее убывает напряжение U_r.

97. Соответственно, для напряжения на конденсаторе C, чем меньше t_ц, тем быстрее стремится напряжение на конденсаторе к максимальному значению (амплитуде подаваемого импульса) U_m. А чем больше t_ц, тем медленнее стремится напряжение на конденсаторе к U_m.

98. Таким образом:

1. Постоянная времени цепи t_ц характеризует крутизну экспоненты: чем меньше t_ц тем больше скорость изменения экспоненты.

2. Считается, что переходный процесс заканчивается, когда напряжение на конденсаторе U_c(t) достигает 90% от величины амплитуды подаваемого импульса, т.е. U_c(t)=0,9U_m (или U_r(t)=0,1U_m), т.е.

Тогда,

t_пер=t₁=t_цln10=2.3t_ц.

3. Таким образом, меняя R и C (т.е. t_ц), можно регулировать длительность переходного процесса. При этом в случае, если

• t_пер=t_ц, то U_c=0,63U_m;

• t_пер=3t_ц, то U_c=0,95U_m;

• t_пер=5t_ц, то U_c=U_m.

99. Для различных соотношений длительности импульса t_и и постоянной времени цепи t_ц построена диаграмма на рисунке ниже.

100. 1. 

     В зависимости от соотношения t_ц/t_и напряжение на элементах цепи меняется по разному.

101. При

0. t_ц<<t_и конденсатор заряжается до величины амплитуды подаваемого импульса, т.е. U_c=U_m за время 2,3t_ц, а напряжение на сопротивлении убывает за это же время до нуля. С момента t₁ (см. рис.) конденсатор разряжается с той же постоянной времени цепи t_ц от амплитудного значения импульса до нуля, т.е. от U_c=U_m до U_c=0. Таким образом в цепи меняется знак напряжения на противоположный. При этом на R возникает два остроконечных импульса длительностью 2,3t_ц, начала которых совпадают по времени с перепадами входного напряжения и имеют полярность этих перепадов;

1. t_ц>>t_и конденсатор на успевает зарядиться до U_c=U_m, а лишь до U_с=U<U_m. Следовательно, напряжение на сопротивлении U_r уменьшится до величины U_m-U, а не до нуля. В момент окончания импульса t₁ конденсатор C разряжается от U, ток в цепи будет меньше, амплитуда напряжения отрицательного импульса, снимаемого с резистора, будет меньше. В этом случае напряжение на резисторе, по существу, представляет собой искаженный входной сигнал. Искажения проявляются в виде спада вершины и обратного выброса напряжения. Как видно из рисунка, с увеличением отношения t_ц/t_и форма напряжения на резисторе приближается к прямоугольной.