Проектирование импульсных устройств радиотехнических систем. В 2 частях. Ч.1. Учебное пособие

Содержание

1.1. Импульсный режим работы и его особенности

1

2

t

Т

а

б

в

Рис. 1. Кодированный импульсный сигнал

Серия импульсов строится по некоторому условному коду, определяемому, в частности, той или иной расстановкой импульсов в серии; варьируемые интервалы Т1 и Т2 выражают то или иное сообщение, заключенное в кодированном сигнале. Такого вида сигналы применяются в радиотелеуправлении для передачи команд управления, в устройствах опознавания принадлежности самолетов и кораблей и для других целей.

Показанный на рис. 1, в позиционно-импульсный сигнал применяется в цифровых вычислительных машинах и цифровых автоматах. Такой сиг-

нал выражает в двоичной системе счисления то или иное число N. Так, на

7

1. Общие сведения об импульсных процессах

рис. 1, в число N = 1 25 + 0 24 + 1 23 + 1 22 + 0 21 + … + 1 20 =32 + 0 + 8 + 4 + + 0 + 1 = 45, где единице соответствует импульс большой амплитуды, а нулю – малой.

С понятием импульс интуитивно связывается представление о малой его длительности. Но кратковременность импульса не только абсолютная, но и относительная характеристика длительности импульсов. Длительность применяемых импульсов весьма различна.

В импульсной технике проявляется тенденция к укорочению импульсов, обусловленная стремлением повысить быстродействие устройств (например, ЦВМ) или разрешающую способность устройств (например, радиолокаторов). В этом смысле нас может интересовать абсолютная величина длительности импульсов.

1.2. Роль импульсной техники в радиоэлектронике

Импульсный режим работы позволяет осуществить огромную концентрацию энергии во времени на основе такого принципа работы: в тече-

ние длительного интервала времени между импульсами осуществляется медленное запасание энергии (в специальных накопительных элементах генераторного устройства), получаемой от источника небольшой мощности, после чего производится быстрая локализация накопленной энергии в нагрузочном элементе в течение короткого времени действия рабочего импульса. С трансформацией времени запасания и реализации накопленной энергии связана соответствующая трансформация мощности. Таким путем удается получить импульсную мощность, во много раз большую мощности источника питания.

Импульсные режимы работы играют важную роль в радиоэлектронике. Импульсный метод работы позволил найти принципиальное и вместе с тем простое решение такой важной задачи, как измерение расстояний с помощью радиоволн, что обусловило развитие импульсной радиолокации. Этот же принцип используется в радионавигации (в импульсных системах самолетовождения и определения высоты полета). Импульсные методы работы позволяют осуществить кодированную радиосвязь, отличающуюся высокой скрытностью и помехозащищенностью, а также многоканальную связь на одной несущей частоте (с разделением каналов по времени). Широко используются импульсные режимы работы в телевидении, где сигна-

8

1.2. Роль импульсной техники в радиоэлектронике

лы изображения и синхронизации являются импульсными, в радиотелеуправлении летательными аппаратами, в космической радиоэлектронной и электронной аппаратуре, в информационно-измерительной технике и при разнообразных исследованиях в различных областях науки и техники.

Важную определяющую роль играют импульсные методы работы в современных ЦВМ и разнообразных цифровых автоматах, используемых не только для выполнения вычислений, но и для решения логических задач при автоматической обработке информации.

Развитие автоматических методов обработки информации тесно связано с развитием быстродействующих ЭВМ и цифровых автоматов на основе широкого использования полупроводниковых приборов и высоконадежных микроэлектронных схем, также работающих в импульсном режиме.

По назначению импульсные устройства делятся на силовые и информационные. В силовых импульсных устройствах сигнал (обычно последовательность прямоугольных импульсов) используется для передачи энергии исполнительному устройству (например, электродвигателю). При этом достигается ситуация, когда большая мгновенная мощность сигнала на интервале действия импульса сочетается с относительно малой его средней мощностью (пропорциональной коэффициенту заполнения).

Винформационных импульсных устройствах сигнал служит для передачи информации. Его мощность не играет решающей роли, необходимо лишь обеспечить заданную точность и надежность передачи в условиях внешних дестабилизирующих воздействий, внутренних шумов и прочих помех. По своей распространенности и многообразию информационные импульсные устройства имеют существенный приоритет над силовыми.

Взависимости от характера модуляции информативных параметров импульсные устройства делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых устройствах, называемых обычно просто импульсные устройства, информативные параметры могут принимать произвольные значения на некотором интервале, т.е. имеется бесконечное множество допустимых значений сигнала. В цифровых импульсных устройствах используется конечное фиксированное множество различимых значений информативного параметра. Отдельные элементы этого множества кодируются цифрами в соответствующей системе счисления. Такой кодированный сигнал называют цифровым, связывая с ним абстрактную переменную, принимающую цифровые

9

1. Общие сведения об импульсных процессах

значения. Наибольшее распространение получили бинарные цифровые сигналы, информативный параметр которых может принимать два различных значения, кодируемых цифрами 0 и 1. Соответствующую абстрактную переменную, принимающую значения 0 и 1, называют бинарной, двоичной или булевой.

Цифровой сигнал называют потенциальным, когда в качестве потенциального параметра используется мгновенное значение напряжения. При этом изменению значения двоичной переменной, например, с нуля до единицы, соответствует скачкообразное изменение напряжения. В общем же случае потенциальный цифровой сигнал представляет собой последовательность прямоугольных импульсов. В настоящее время потенциальные бинарные сигналы используются в подавляющем большинстве в цифровых импульсных устройствах, являющихся базой для вычислительной техники и дискретной автоматики.

1.3. Элементная база

Современная информационная импульсная техника основана на полупроводниковой элементной базе. Применяют различные типы дискретных (т.е. поставляемых электронной промышленностью в виде электронных изделий) приборов: диоды, биполярные транзисторы, униполярные с p–n-переходом и МДП транзисторы, приборы с отрицательным сопротивлением (туннельные диоды, тиристоры, однопереходные транзисторы и др.). В импульсной технике электронные приборы используют для усиления импульсных сигналов и как средство коммутации электрических цепей. Ввиду того, что коммутационные свойства электронных приборов определяются нелинейностью их вольт-амперных характеристик, электрические модели таких приборов, применяемых в импульсной технике, являются принципиально нелинейными.

Наряду с дискретными компонентами широкое распространение в импульсной технике находят интегральные микросхемы, позволяющие уменьшить габаритные размеры, массу, стоимость электронной аппаратуры, повысить точность и надежность ее функционирования, автоматизировать процессы сборки. Обычно интегральная схема представляет собой законченный функциональный элемент или совокупность (матрицу) однотипных функциональных элементов. Поскольку стоимость изделий микро-

10