13.5. Селекторы электрических импульсов

Каждое электронное устройство обычно создаётся с расчётом на работу со строго определёнными по длительности, амплитуде или частоте повторения сигналами. В современных условиях массированного применения в районе боевых действий разнообразных радиоэлектронных систем стало особо важным из множества одновременно действующих сигналов выделять и обрабатывать только «свои» сигналы. Для этого они должны отличаться от других какими-либо определёнными признаками, по которым и будет производиться отбор, селекция (лат. selectio – выбор, отбор) нужных сигналов.

В зависимости от того, какие свойства электрического импульса или их последовательности являются определяющими, различают селекцию сигналов по амплитуде, длительности, временному интервалу, признакам кода и т. д. Электронные схемы, функцией которых является выделение сигналов с заданными параметрами, называются селекторами или дискриминаторами. В специальной технике и оружии в настоящее время наиболее распространёнными оказались амплитудные и временные селекторы.

При селекции, например, импульсных сигналов по амплитуде выделяют такие импульсы U_вх, амплитуда которых либо превышает заданный уровень (так называемый порог селекции U_п), либо не достигает его, либо находится в заданных пределах. УГО амплитудного селектора, например, для U_вх > U_п и временные диаграммы его сигналов показаны на рис. 13.5.1.

Рис. 13.5.1. УГО (а) и временные диаграммы амплитудной селекции (б)

В приведённом примере заданному условию U_вх > U_п отвечают сигналы 2 и 3 (рис. 13.5.1, б), поэтому именно в моменты действия этих импульсов на выходе селектора формируются соответствующие сигналы 4 и 5 (рис. 13.5.1, б), а входной сигнал 1 (рис. 13.5.1, б), не удовлетворяющий заданному требованию, – отсеивается.

Селекторы импульсных сигналов по длительности предусматривают выделение

Рис. 13.5.2. УГО (а) и временные диаграммы временной селекцииU_вхсt_ивх =t_зад(б)

импульсовU_вх, длительность t_{и вх} которых либо больше, либо меньше, либо равна заданной t_зад. УГО временного селектора, например, для t_{и вх} = t_зад и временные диаграммы его работы показаны на рис. 13.5.2.

Селекторы импульсных сигналов по временному интервалу выделяют импульсы, положение которых во времени относительно тактовых (синхронизирующих) импульсов либо постоянно, либо изменяется по определённому закону. Например, такова селекция сигналов, отражённых от местных предметов или от движущейся цели (в когерентно-импульсной радиолокации) или стробирование информационных сигналов в цифровой электронике.

В современной справочной литературе селекторы обычно включают в раздел аналоговых микросхем совместно со схемами сравнения.

Амплитудными селекторами (СА) называются функциональные элементы электронной техники, предназначенные для отбора электрических сигналов с амплитудой, удовлетворяющей заранее заданным требованиям. Поэтому различают селекторы импульсов, амплитуда которых превышает заданный уровень, ниже заданного уровня или находится в заданных пределах.

СА импульсов с амплитудой больше заданной (U_вх > U_зад) представляет собой пороговый элемент, построенный, как правило, на основе последовательного или параллельного диодного ограничителя амплитуд снизу на уровне U_п = U_зад (см. § 13.3), схемы которых приведены на рис. 13.5.3.

Рис. 13.5.3. Принципиальные схемы амплитудных селекторов U_вх>U_задна основе

последовательного (а) и параллельного (б) диодных ограничителей амплитуд

Рабочие (временные) диаграммы амплитудной селекции показаны на рис. 13.5.1, б (импульсы 2 и 3).

Если отселектированным импульсам необходимо придать другие форму, амплитуду или длительность, то селекторы нагружают на специальные формирователи выходного сигнала, например одновибратор или ГЛИН.

Примером применения СА импульсов амплитудой U_вх > U_зад может служить селектор синхронизирующих строчных импульсов телевизионных приёмников, выделяющий из сложного видеосигнала синхроимпульсы, превышающие по уровню все другие составляющие принятого сигнала.

Селекция импульсов с амплитудой ниже заданной (U_вх < U_зад) является более сложной технической задачей. Функциональная схема одного из возможных вариантов такого СА и его рабочие диаграммы представлены на рис. 13.5.4. В её состав включены вышерассмотренный СА U_вх > U_зад (рис. 13.5.3) и логическая схема антисовпадения «Запрет», структура которой из двух логических элементов (ЛЭ) «НЕ» (1) и «И» (2) показана на рис. 13.5.4, б.

Напомним, что ЛЭ «НЕ» – схема логического отрицания или инвертор – имеет один вход и один выход. Логика его работы заключается в следующем: сигнал на выходе инвертора формируется всегда (U_вых = 1), когда нет сигнала на его входе (U_вх = 0), и сигнала на выходе ЛЭ «НЕ» не будет (U_вых = 0), пока будет действовать сигнал на входе (U_вх = 1).

Рис. 13.5.4. Структурные схемы амплитудного селектора U_вх<U_зад(а),

логической схемы «Запрет» (б) и временные диаграммы рабочих напряжений (в)

В то же время ЛЭ «И» – схема логического умножения, схема совпадения или конъюнктор – строится на несколько входов и формирует сигнал на выходе (U_вых = 1) только при одном условии – когда сигналы действуют одновременно на всех его входах (в данном случае и U_вх1 = 1 и U_вх2 = 1).

Селекция импульсов, амплитуда которых находится в заданных пределах (U_зад1 < U_вх < U_зад2), реализуется комбинацией из двух СА уровней – одного выше U_зад1 (1), второго – выше U_зад2 (2), работающих на логическую схему «Запрет» (3). Назначение СА (1) – выдавать сигнал на так называемый информационный вход (U_вх1) логической схемы «Запрет» тогда, когда амплитуда U_вх превышает нижний из заданных уровней (U_зад1). СА (2) служит для выдачи сигнала на запрещающий вход логической схемы «Запрет» (U_вх2), если амплитуда принятого сигнала U_вх превысит верхний из заданных уровней (U_{зад 2}), что позволяет селектору выполнять заданную функцию.

Не менее представительна и группа временных селекторов (СВ), которые позволяют выделять для дальнейшей обработки импульсы с длительностью t_{и вх} или равной, или меньшей, или большей заданной величины t_зад. Примером специального применения временных селекторов в подводном оружии может служить отбор «своего сигнала» активной системой самонаведения каждой торпеды при стрельбе по одной цели многоторпедным залпом.

СВ импульсов заданной длительности (t_{и вх} = t_зад), как правило, содержит дифференцирующую цепь (1), элемент временной задержки на заданную длительность t_зад (2) и схему совпадения – логический элемент И (3), структура соединения которых и рабочие диаграммы показаны на рис. 13.5.5.

Рис. 13.5.5. Структура (а) и рабочие диаграммы (б) СВ импульсовt_{и вх}=t_зад= ∆t

Работа СВ состоит в формировании дифференцирующей цепью 1 ( рис. 13.5.5, а) остроконечных импульсов U₁ из перепадов напряжений U_вх (моменты t₁, t₂, t₄ и t₅, показанные на рис. 13.5.5, б) с подачей U₁ на один из двух входов конъюнктора 3 ( рис. 13.5.5, а) непосредственно, а на другой – с задержкой в ЛЗ 2 ( рис. 13.5.5, а) на ∆t = t_зад. Длительность импульса, естественно, анализируется по его срезу, т. е. по моментам окончания действия входных сигналов U_вх. Важно, что только в случае равенства t_{и вх} = ∆t = t_зад возможно совпадение по времени действий сигналов U₁ и U₂ на обоих входах конъюнктора 3 ( рис. 13.5.5, а), обеспечивающее появление на его выходе сигнала U_вых (момент времени t₂ – окончание действия селектируемого импульса U_вх).

В СВ импульсов длительности меньшей заданной (t_{и вх} < t_зад) вместо конъюнктора используется логическая схема «Запрет», работающая с импульсами отрицательной полярности по информационному входу и с положительными – по запрещающему (см. рис. 13.5.6).

Входной сигнал U_вх, поступающий одновременно на входы элементов 1 и 2 (рис. 13.5.6, а), обрабатывается ими с формированием на их выходах соответственно напряжений U₁ и U₂, которые, в свою очередь, воздействуют на соответствующие входы схемы «Запрет» 3 (рис. 13.5.6, а).

Рис. 13.5.6. Структура (а) и рабочие диаграммы (б) СВ импульсов t_{и вх}<t_зад

Если длительность t_{и вх} сигнала U_вх окажется меньше чем t_зад= ∆t, то импульс отрицательной полярности, сформированный дифференцирующей цепью 1 (рис. 13.5.6, а) в момент действия среза «короткого» входного сигнала (момент времени t₅ окончания действия U_вх показан на рис. 13.5.6, б), поступит на информационный вход логической схемы «Запрет» до появления импульса с выхода элемента временной задержки 2 (рис. 13.5.6, а) на её запрещающем входе. При таком условии на выходе логической схемы «Запрет», т. е. выходе СВ, формируется сигнал U_вых, реализующий отбор электрического импульса длительностью t_{и вх} < t_зад. В другом случае (момент t₃ – срез «длинного» входного сигнала) напряжение U₂ запрещает формирование сигнала U_вых.

СВ импульсов длительности большей заданной (t_{и вх} > t_зад) по техническому решению наиболее разнообразны. Наиболее просто решает эту задачу схема (рис. 13.5.7, а) с использованием последовательно соединённых интегрирующей цепи (блок 1) и СА (блок 2) при U_вх > U_зад.

В схеме, показанной на рис. 13.5.7, величина амплитуды выходного импульса интегрирующей цепи U₁ зависит от времени заряда её конденсатора, равного длительности входного сигнала. Поэтому селектируемый временной параметр t_зад определяется косвенно по времени достижения выходным напряжением U₁ интегрирующей цепи 1 (рис. 13.5.7, а) соответствующего порогового значения U_зад, который можно отселектировать уже известными схемами СА, что наглядно иллюстрируется рабочими (временными) диаграммами рис. 13.5.7, б.

Рис. 13.5.7. Структурная схема СВ t_{и вх}>t_зад(а) и его рабочие диаграммы (б)

Естественно, в современной микроминиатюризированной электронной технике селекторы в большинстве случаев интегрируются непосредственно в корпуса микросхем. При этом в системе обозначений интегральных микросхем амплитудным селекторам присвоены отличительные буквы СА, а временным – СВ. Например, в составе комплекта телевизионных микросхем серии К245, изготовленной по гибридной тонкоплёночной технологии, созданы и используются два типа амплитудных селекторов в функции селекторов уровня: К2СА451 – селектор строчных синхроимпульсов и К2СА452 – селектор кадровых синхроимпульсов, а в составе микросхем серии К119, изготовленной на кристалле кремния по планарно-эпитаксиальной технологии с окисной изоляцией элементов, применяется временной селектор К1СВ191.