1. Импульсная техника

Большинство электронных устройств работают в импульсном режиме. Импульсным режимом работы устройства называют такой режим, при котором сигналы (изменения тока, напряжения, мощности, электромагнитного поля) являются прерывистыми, т.е. представляют собой импульсы различной формы. Подимпульсом напряжения, тока, электромагнитного поля понимают напряжение, ток, электромагнитное поле, длительность существования которых меньше или равна длительности переходного процесса в устройстве.

Классификация импульсных устройств:

1. простейшие согласующие цепи (резисторы, конденсаторы, индуктивности, LC-цепочки);

2. простейшие формирующие цепи (дифференцирующие и интегрирующие цепочки, ограничители, линии задержки, импульсные трансформаторы);

3. импульсные усилители (видеоусилители) это обычно широкополосные усилители, чтобы передаваемый импульс не искажал своей формы);

4. генераторы импульсов (мультивибраторы, генераторы линейно изменяющегося напряжения ГЛИН, генераторы прямоугольных импульсов);

5. логические элементы;

6. устройства деления частоты и синхронизации импульсных устройств;

7. элементы ЦВМ (счетчики, регистры, шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры);

8. импульсные источники питания (импульсные силовые преобразователи).

1. Характеристики импульсных сигналов

Импульсные сигналы характеризуются прежде всего формой (рис.1.1):

1. прямоугольный импульс положительной полярности;

2. прямоугольный импульс отрицательной полярности;

3. треугольный импульс;

4. трапециевидный импульс;

5. экспоненциальный импульс.

Рассмотрим параметры импульсана примере прямоугольного идеализированного импульса (рис.1.2.):

1. U_m  амплитуда импульса;

2. U  спад вершины импульса;

3.   длительность импульса;

4. t_Ф1длительность переднего фронта импульса (фронт импульса);

5. t_Ф2длительность заднего фронта импульса (срез импульса);

6. U_mохамплитуда возможного обратного выброса.

Графическое изображение реального импульса представлено на рис.1.3.

Периодическая последовательность импульсов (рис.1.4.) характеризуется периодом повторения , длительностью импульса, коэффициентом заполненияи скважностью импульса.

2. Схема замещения полупроводникового диода

Вольт-амперная характеристика диода (рис.1.5) представлена на рис.1.6.

Путем аппроксимации вольт-амперной характеристики касательными можно получить значения порогового напряжения е₀, напряжения пробояU_ПРОБи обратного токаI_ОБР. при прямом напряжении на диоде его статическое сопротивлениеR_ПРсущественно отличается от дифференциальногоR_ДИФ; при обратном напряжении сопротивление диода будет равноR_ОБР; а при напряжении пробояR_ПРОБ. На каждом из участков через диод протекает ток, определяемый соответственно следующими выражениями:

, (1.1)

, (1.2)

. (1.3)

С учетом приведенных выше соотношений можно построить схему замещения диода (рис.1.7). Значения параметров обычно следующие: R_ПР= 30…500 Ом, е₀= 0,2…0,6 В,R_ОБР= 0,2…2 МОм,R_ПРОБ= 6…500 Ом.

3. Дифференцирование импульсных сигналов

На рис.1.8 представлена дифференцирующая RC-цепь. При подаче на цепь напряжения е выходной сигналuснимается с сопротивленияR:

, (1.4)

где iток, проходящий по цепи;u_Снапряжение на конденсаторе; Т =RC.

Условие e >> uявляется условием правильного дифференцирования, т.е.. Для выполнения этого условия нужно уменьшить напряжение на выходеu, т.е. уменьшить сопротивление Rи токi, который уменьшится при уменьшении емкости С. Коэффициент передачи дифференцирующей цепочки:

, (1.5)

. (1.6)

Зависимость коэффициента передачи от частоты представлена на рис.1.9, откуда можно видеть, что условие дифференцирования выполняется лучше для низких частот, т.к. чем меньше , тем меньше К(р) и, следовательно, меньшеU(p) = К(р)Е(р).

Будем считать, что на вход цепочки подается сигнал e (t) = t, изображение которого Е(р) =/ р² . Изображение снимаемого напряжения

, (1.7)

а величина снимаемого напряжения (рис.1.10) определяется как

. (1.8)

Рассмотрим случай, когда на вход цепочки подается прямоугольный импульс амплитудой Е и длительностью . В момент времениt= 0, соответствующий появлению переднего фронта импульса, выходное напряжение равно входному. Затем конденсатор начинает заряжаться токомi, а выходное напряжениеуменьшаться, оно описывается экспоненциальной зависимостью . Эта зависимость справедлива в течение длительности импульса. Приt=действие входного напряжения прекращается, и выходное напряжение снизится до величины , а напряжение на конденсаторе увеличится до значения. Напряжение на правой, отрицательно заряженной обкладке конденсатора создает выходной сигнал. Так как напряжение на конденсаторе не может измениться скачком, то в момент окончания действия входного напряженияu (t) = –, затем из-за разряда конденсатора через резисторRнапряжение на выходе уменьшается, а через интервал времени (3­ 4)Т конденсатор С разрядится практически до нуля (рис.1.11).

Коэффициент спада вершины:

. (1.9)

Чем больше постоянная времени Т, тем меньше заряжается конденсатор за время действия импульса, и тем меньше спад вершины. Таким образом, для получения малых искажений импульса требуется выполнение условия T >> , а условием правильного дифференцирования является >> Т. Дифференциальную цепочку часто применяют для укорочения импульса по длительности.