1. Общие сведения о цепях импульсного действия и импульсных процессах 1, 2, 3

1.1. Предмет импульсной техники. Импульсные сигналы и импульсные режимы работы электронной цепи

Импульсная техника – это самостоятельное научно-техническое направление, занимающееся изучением свойств импульсных сигналов, анализом их прохождения в электронных цепях, принципами их формирования, преобразования, генерирования, усиления, измерения их параметров.

Одно из возможных определений импульсного сигнала – это сигнал, представляющий изменение напряжения или тока конечной длительности относительно некоторого начального уровня.

Импульсные сигналы и устройства находят широкое применение в различных областях техники. В числе их радиолокация, телефония, телевидение, медицина, вычислительная техника и др. Например, в радиолокационных задачах с помощью импульсных сигналов осуществляется наблюдение за различными подвижными объектами, находится их географическое положение, измеряется расстояние между объектами и др. В медицине импульсные сигналы находят применение в электролечении нервных, легочных и ряда других заболеваний. Цифровая обработка информации происходит также при участии импульсных сигналов, точнее, их разновидности – цифровых сигналов. Большая роль принадлежит устройствам импульсной техники в решении задач преобразовательной техники и прежде всего в реализации алгоритмов управления различными вентильными преобразователями.

Ранее подробно рассматривались особенности построения электронной цепи и ее состава. Входящие в электронную цепь активные элементы участвуют в преобразовании электрических сигналов. В импульсных устройствах распространенным является особый режим работы активного элемента (транзистора, цифровой схемы, операционного усилителя и пр.), при котором ему свойственны только два состояния, обозначаемые соответственно терминами «закрыт», «открыт». Такой режим носит название ключевого, а активный элемент выполняет функцию ключа, замыкающего или размыкающего отдельные звенья цепи. Ключевой режим характеризуется высокой энергетической эффективностью, надежностью и является основным в устройствах формирования, генерирования импульсов, цифровой обработки информации.

1.2. Виды импульсных сигналов и их параметры

Примеры импульсных сигналов различной формы приведены на рис. 1.1.

аб в

гд

е

Рис. 1.1

Сигнал, изображенный на рис. 1.1, а, называется функцией включения или единичной функцией и описывается следующим математическим выражением:

σ(t) = 0  приt < 0,σ(t) = 1 приt 0. (1.1)

Эта функция применяется для анализа переходных процессов в электрических цепях, а также для ступенчатой аппроксимации сигналов различной формы при их синтезе.

В таких же целях используется и сигнал вида рис. 1.1, б, называемый импульсной функцией или функцией Дирака(t), значение которой равно нулю всюду, за исключением точкиt = 0, а интеграл конечен:

. (1.2)

На рис. 1.1, в,г,дсоответственно изображены:

1) одиночный импульсный сигнал прямоугольной формы и конечной длительности, который можно описать с помощью двух функций включений

s(t)=Аσ(t)σ(t–t_и);

2) одиночный импульс пилообразной формы

; (1.3)

3) периодическая последовательность импульсов прямоугольной формы.

Многообразие форм реальных импульсных сигналов приводит к необходимости введения целого ряда параметров, с помощью которых удобно и наглядно можно судить о свойствах сигналов, исследовать качество их прохождения через элементы электронной цепи. Например, реальный одиночный импульс прямоугольной формы принято достаточно полно характеризовать следующей совокупностью параметров.

1. А– максимальное значение сигнала.

2. t_ф1– время нарастания переднего фронта, под которым принято понимать время, за которое сигнал изменяется от 0.1 до 0.9 своего максимального значения (часто обозначаетсяt_н).

3. t_ф2– время спада заднего фронта (или просто задний фронт), оцениваемое по критериям п. 1.

4. t_и– длительность импульса, интервал времени, отсчитываемый на уровнях 0.1 от максимальных значений на участках нарастания и спада амплитуды импульса. Нередко за длительность импульса принимается время от начала импульса до его окончания.

5. –относительный спад плоской вершины импульса.

Периодическая последовательность сигналов дополнительно характеризуется периодом повторяемости Т(или частотой следованияf = 1/T).