13.3. Селекция импульсов по частоте повторения

1. Функциональная схема селектора, позволяющего выделить импульсы, следующие с периодом Т_п, равным заданной величине T_пс, изображена на рис. 7; работа се лектора поясняется временными

диаграммами (рис. 8). Входные импульсы U_вх = U1 поступают на вход 1 схемы И непосредственно, а на вход 2 этой схемы — через линию задержки (ЛЗ) на время Тз = Tпс. Если входные импульсы следуют с периодом Т_п = Тпс (рис. 8), то импульс 2 этой последовательности поступает на вход схемы И одновремен­но с импульсом 1, импульс 3 — одновременно с импульсом 2 и т. д. Такие импульсы проходят на выход схемы И. Можно убедиться в том, что последовательности импульсов с периодом Т_п  Тпс( | Т_л — Т_пс | > tи) не проходят через селектор.

2. Из-за влияния переходных процессов в схеме И и в ЛЗ, а также из-за действия дестабилизирующих факторов, обусловли­вающих непостоянство (нестабильность) длительностей Тп и Tз, длительность tи импульсов, поступающих на вход схемы И, не должна быть меньше некоторой величины. С другой стороны, чрез­мерное увеличение длительности импульсов также не желательно, так как это приводит к понижению точности работы селектора им­пульсов (к повышению числа ложных сигналов на выходе селектора). Выбор величины tи должен производиться с учетом указанных обстоятельств.

Для повышения помехоустойчивости рассматриваемого уст­ройства часто увеличивают число входов схемы И (m = 3 - 10). При этом на каждый последующий вход схемы И сигналы поступают с возрастающей задержкой: Tз_l = Tз = Тпс, Tз₂ = 2Т_ПС, Тз₃ = 3Тпс и т. д. Вместо схемы И применяется также логичес­кая схема типа «k из m», имеющая m входов и один выход; при этом, выходной сигнал возникает при одновременном возбуждении не менее k входов схемы, где k < m (чаще всего k = m — 1).

3. Недостатком рассмотренной схемы селектора (см. рис. 7) является то обстоятельство, что импульсы с частотой следования, кратной частоте F_nc = 1/Тпс, также проходят через селектор. Для устранения этого недостатка применяют специальные меры, существенно усложняющие схему селектора.

13.4. Селекция импульсов по длительности

1. Применяются четыре вида селекции импульсов по длительности:

— селекция импульсов заданной длительности (tи = tис) ;

• селекция импульсов заданного диапазона длитель­ностей;

• селекция импульсов малой длительности (tи < tис);

• селекция импульсов большой длительности (tи> tис).

2. Селекция импульсов заданной длительности tис производится устройством, функциональная схема которого изображена на рис. 9. Работа устройства поясняется временными диаграммами (рис. 10); предполагается, что форма входных импульсов близка к прямоугольной.

При воздействии входного импульса U_вх на укорачи­вающую цепь (УЦ) на ее выходе образуются два разнополярных укороченных импульса U1, интервал времени между которыми равен длительности tи входного импульса. Им­пульсы U1 подаются непосредственно на вход 1 каскада совпадений (схемы И), а также на вход линии задержки (ЛЗ) на время Т₃ = tис. Задержанные импульсы поступают на вход 2 каскада совпадений. Если длительность входного импульса tи= tис = Т₃ (рис. 10), то отрицательный импульс U1 на входе 1 каскада совпадений и положительный импульс U₂ на входе 2 каскада появляются одновременно. В этом случае образуется выходной импульс и_вык, фиксирующий появление на входе селектора импульса заданной длитель­ности. Если же tи  tис. то указанные выше импульсы по­ступают на входы каскада совпадений неодновременно, и Uвых = 0.

Различная полярность импульсов на входах каскада совпадений требует либо применения каскада совпадений надлежащей конструкции (например, диодно-трансформаторной схемы совпадения), либо предварительного инвертирования одного из входных импульсов. Следует при этом иметь в виду, что для обеспечения точной работы селектора импульсы, поступающие на вход каскада сов­падений, должны иметь минимальную длительность, необ­ходимую для надежной работы каскада совпадений. Из указанных соображений, а также из-за затухания импуль­сов в ЛЗ, часто производят нормирование импульсов, по­даваемых на входы каскада совпадений. Одновременно до­биваются получения нужной полярности этих импульсов.

В зависимости от величины tис = Tз и характера се­лектируемых импульсов в качестве устройства задержки применяются электромагнитные или ультразвуковые ЛЗ, а также ждущие генераторы импульсов или фантастроны.

3. Селекция импульсов заданного диапазона длитель­ностей (tиc1<tи<tиc2) производится устройством, функцио­нальная схема которого изображена на рис. 11. Устройство содержит схему ЗАПРЕТ, схему И, укорачивающую цепь (УЦ) и две линии задержки: ЛЗ, на время Т_з1= tи_cl и Л3₂ на время T₃₂ = tи_c2. Работа устройства поясняется вре­менными диаграммами (рис. 12).

В случае, когда длительность входного импульса tи <tиc1. (рис. 12, а), импульс U_вых на выходе схемы ЗАПРЕТ

не возникает, так как на информационный вход этой схемы не поступает импульс U3 с выхода схемы И (нет зацепления импульса U1 на выходе ЛЗ1 с импульсом U'₂ на выходе УЦ). В случае, когда tи > tи_с2 (рис. 12, в), хотя и происходит зацепление импульсов U1 и U'₂, но выходной импульс не появляется из-за действия импульса U_BX на запрещающем входе схемы ЗАПРЕТ. Лишь когда

длительность импульса удовлетворяет неравенству tиc1 < tи< tис2 (рис. 12. б), возникает выходной импульс, так как импульсы U1 и U'2 проходят через схему И в момент, когда действие входного импульса на запрещающем входе схемы ЗАПРЕТ закончено.

3. Селекторы импульсов малой длительности tи < tис Функциональная схема одного из устройств такого рода изображена на рис. 13; временные диаграммы, поясняющие работу устройства, представлены на рис. 14. Устройство состоит из линии задержки (ЛЗ) на время tз = tи_C, укорачи­вающей цепи (УЦ) и схемы ЗАПРЕТ. Входной сигнал по­дается одновременно на ЛЗ и УЦ. Сигнал U1 с выхода ЛЗ подается на запрещающий вход схемы ЗАПРЕТ. На ин­формационный вход этой схемы подаются разнополярные укороченные импульсы с выхода УЦ. Схема ЗАПРЕТ устроена таким

образом, что она не пропускает импульсы положи­тельной полярности даже при отсутствии сигнала на запре­щающем входе.

Если длительность входного импульса tи <tиc (рис. 14), то отрицательный импульс и₂ на информационном входе схемы ЗАПРЕТ действует до прихода запрещающего импульса U1. В этом случае на выходе селектора образуется выходной сигнал U_вых сразу же после окончания действия входного импульса. Если же tи > tиc, то отрицательный импульс не проходит через схему ЗАПРЕТ, так как он по­ступает во время действия запрещающего импульса U1.

На рис. 15 изображена принципиальная схема селекто­ра, в котором роль схемы ЗАПРЕТ выполняет диод Д. Вслед­ствие этого выходной сигнал селектора (U_Вы_Х < 0) возни­кает лишь в том случае, когда на резисторе R₂ действует напряжение и₂ < 0. Функции укорачивающей цепи здесь выполняет конденсатор С (при запертом диоде) и резисторы R1, R2, R3, а также характеристическое сопротивление  линии задержки ЛЗ (со стороны точки 1). Сопротивления резисторов должны удовлетворять неравенствам R1<< R3 R₂.. В соответствии с этим для предотвращения сущест­венных отражений от конца ЛЗ практически достаточно выполнить равенство р R_t. Постоянная времени УЦ RэквC, где Rэкв = R₂ || [R₃ + (R₁|| p)] R2 ||R₃, долж­на в существенной степени удовлетворять неравенству RэквС<tи.

Работа селектора поясняется временными диаграмма­ми (рис. 16) При воздействии входного импульса длитель­ностью tи < tис на резисторе R₂ возникает укороченный им пульс U₂ < 0,

отпирающий диод Д, в результате чего обра­зуется выходной сигнал U_вых < 0. В данном случае им­пульс U1> 0, который появляется на выходе ЛЗ с запазды­ванием T₃ = tис и создает напряжение U2> 0, не препятствует появлению указанного выше выходного сигнала. При воздействии же входного им­пульса длительностью tи > tис (рис. 16) импульс U2 >0 возникает до среза импуль­са U_вх. Поэтому хотя при сре­зе входного импульса напряжение U2 и снижается, но все же либо U2 > 0, либо | U2 |  0. Поэтому в данном случае сигнал U_вых0.

5. Селекторы импульсов большой длительности tи > tис. Широкое применение находят два вида таких селек­торов: селекторы с интегрирующей цепью и селекторы с ли­нией задержки.

Функциональная схема селектора с интегрирующей цепью изображена на рис. 17. Она включает интегрирую­щую цепь и амплитудный селектор; иногда устанавливает­ся также выходное формирующее (нормирующее) устройство. Вместо амплитудного селектора может быть использо­вано устройство сравнения (компаратор).

Один, из вариантов принципиальной схемы селектора с интегрирующей цепью представлен на рис. 18; на рис. 19 изображены временные диаграммы, поясняющие работу устройства. При воздействии входного импульса напряже­ния прямоугольной формы напряжение U1 на конденсаторе С интегрирующей цепи нарастает по экспоненциальному закону. По окончании действия импульса конденсатор разряжается через диод Д₁ и сопротивление Rи источника им­пульсов.

Величина наибольшего напряжения U1 на конден­саторе зависит от длительности t_и входного импульса (пред­полагается, что высоты входных импульсов U_BX = const). В амплитудном селекторе (ограничителе СНИЗУ) посред­ством резисторов R₂ и R₃ устанавливается такой пороговый уровень E_пор = U_огр, что при tи > tиc, напряжение U1 > Eпop. В этом случае .напряжение U₂ оказывается доста­точным для запуска ждущего генератора импульсов (ГИ), вырабатывающего выходной сигнал U_ВЫх.

6. Если импульсы, поступающие на вход селектора (рис. 18), отличаются своей формой или высотой, то дли­тельность достижения напряжением U1 порогового уровня будет зависеть не только от соотношения длительностей tи и tиc, но и от высоты входных импульсов, что является недостатком селектора, рассмотренного в п. 5. Этот недоста­ток в значительной степени ослабляется при построении селектора по схеме, показанной на рис. 20. Селектор содер­жит входной электронный ключ (на транзисторе T1), инте­грирующую цепь (на конденсаторе С), амплитудный селектор (на транзисторе Т₂), который органически связан с вы­ходным блокинг-генератором (БГ), работающим в ждущем режиме (БГ собран на транзисторе Т3): В состоянии покоя транзистор T1 насыщен, а транзисторы Т₂ и Т₃ заперты сме­щающими напряжениями Eб1 и Eб2.

При воздействии входного импульса транзистор Т1 за­пирается и конденсатор С заряжается от источника — Ек, причем наибольшая величина напряжения U1. на конденса­торе не зависит от высоты входного импульса, а определяется в основном только его длительностью tи. Параметры схемы (С, Rк, R1, R2) и напряжения Ек, Е_б1 и Eб2 устанавливаются таким образом, чтобы при tи, > tиc происходило отпирание транзистора Т2. Возникающий при этом ток коллектора, протекающий через обмотку трансформатора БГ, индукти­рует в его базовой обмотке э. д. с, которая отпирает тран­зистор Т₃. БГ возбуждается и вырабатывает выходной им­пульс нужной полярности, высоты и длительности.

7. На рис. 21 изображена функциональная схема селек­тора импульсов большой длительности (tи > tис) 2-го вида, Основными элементами селектора являются линия задержки (ЛЗ) на время T3 = tи_C и схема И. Работа устройства пояс­няется временными диаграммами (рис. 22). Входной им­пульс Uвх = U1 подается на один вход схемы И непосред­ственно, а на другой вход — через ЛЗ. Если длительность импульса tи <tиc, то импульсы U1 и U2 поступают на входы схемы И разновременно. Если же tи > tиc, то импульсы U1 и U2 перекрываются во времени, и на выходе схемы И об­разуется выходной сигнал U_ВЫх. Обычно этот сигнал по­дается на выходной ждущий генератор импульсов.