Лекція 20

Тема: Імпульсні пристрої

1 Принципи побудови імпульсних пристроїв.

2 Параметри та характеристики імпульсних сигналів.

1. Імпульсними називають сигнали в електронних схемах, це напруга або струм, які перериваються у часі маючи при цьому певні характеристики та параметри.

Імпульсні пристрої—це схеми за допомогою яких можуть бути одержані імпульсні сигнали. Імпульсні пристрої окрім схеми електроніки застосовуються у схемах обчислювальної техніки, в схемах автоматики та інших галузях.

Імпульсні сигнали та імпульсні пристрої дуже часто називають цифровими. Імпульсні пристрої, тобто схеми для одержання імпульсних сигналів будуються за двома принципами:

—Перетворення гармонійних коливань в імпульсні сигнали або імпульсних сигналів з одними характеристиками та параметрами в імпульсні сигнали з іншими характеристиками та параметрами. Такі перетворення відбуваються за допомогою схеми формування імпульсних сигналів. Схеми формування називають також посильними, бо до їх складу не входять транзистори.

—Перетворення енергії джерела живлення постійного струму в імпульсні сигнали з заданими характеристиками та параметрами. Таке перетворення відбувається за допомогою імпульсних сигналів, які є активними схемами.

2. У наш час, поступово електронні схеми безперервної дії з схеми гармонійних коливань, замінюються імпульсними схемами. Це пояснюється тим, що за допомогою імпульсних сигналів можна передати значно більший об’єм інформації, бо імпульсні сигнали мають більшу кількість характеристик та параметрів ніж сигнали гармонійних.

Характеристиками інших імпульсних сигналів є наступні:

1)форма;

2)полярність.

Параметри імпульсних сигналів розглянемо на прикладі імпульсів. У вигляді трапеції (рисунок 20.1)

А_м

t

T_ф t_з

t_c t_n

Т

Рисунок 20.1—Імпульсні сигнали

Імпульсні сигнали мають наступні параметри:

1-максмальна амплітуда (Аm), тобто максимальне значення для електронних схем напруги, струму, потужності;

2-протяжність імпульсу (ti,C)—це проміжок часу від початку імпульсу до його закінчення;

3-протяжність фронту (tф,С)—це проміжок часу на протязі якого амплітуда імпульсу збільшується від нуля до максимального значення;

4-крутизна фронту показує ( ; В/С) з якою швидкістю проходить збільшення амплітуди імпульсу;

5-протяжність зрізу (tз,С)—це проміжок часу на протязі якого амплітуда імпульсу зменшується від максимального значення до нуля;

6-крутизна зрізу (Sз) показує з якою швидкістю проходить зменшення амплітуди ; В/с;

7-період слідування імпульсу (Т,с)—це проміжок часу між одноіменними точками двох наступних імпульсів;

8-частота слідування: f=1/T,c ;Гц ;

9-протяжність паузи (tп; с)—це проміжок часу від закінчення попереднього імпульсу до початку наступного;

10-скважність .

Лекція 21

Тема: Схеми формування імпульсних сигналів

1 Схеми для диференціювання імпульсних сигналів.

2 Схеми для інтегрування імпульсних сигналів.

1. Схеми формування імпульсних сигналів окрім базового призначення застосовуються також для виконання математичних дій з електричними величинами. Це дозволяє застосовувати їх у схемах обчислювальної техніки. До складу схеми входять пасивні елементи, наприклад: резистор та конденсатор (рисунок 21.1)

Rc

С

і R

U_вих

Рисунок 21.1—Схема формування типу RC

Для визначення функцій які виконує схема треба знайти співвідношення між її вхідними та вихідними величинами. У даному випадку між вхідною та вхідною напругою. Для наведеної схеми вихідна напруга дорівнює:

Uвих=iR (1)

Якщо до складу схеми входить конденсатор, то величина струму у схемі залежить від ємності конденсатора та величини

напруги яка до конденсатора прикладається:

(2)

напруга на конденсаторі дорівнює:Uc=Uвх-Uвих (3)

Підставимо формулу 3 у формулу 2, отримаємо:

(4)

Продиференцюємо рівняння 4, отримаємо:

(5)

Робимо підстановку рівняння 5 у 1, отримаємо:

(6)

Позначемо RC=—постійна часу, отримаємо:

(7)

Постійну часу можна змінювати і ,якщо змінювати величини R та  , у даному випадку постійну часу підбирають таким чином, щоб було справедливим наступне співвідношення:

(8)

Тоді у рівнянні 7 величиною можна знехтувати, отримуємо

Припустимо, що до входу схеми прикладається напруга прямокутної форми. У цьому випадку на виході схеми виникає напруга у вигляді двох трикутних імпульсів різної полярності (рисунок 21.2).

U_вх

0 t₁ t₂ t

U_вих

0 t

Рисунок 21.2—Диференціювання вхідної напруги

2. Вважаючи те, що операції диференціювання та інтегрування протилежні, схема інтегрування може складатися з таких же елементів як і схема диференціювання, але виникають вони по іншому (рисунок 21.3).

R

і С

U_вих

Рисунок 21.3—Схема інтегрування типу RC

Для того, щоб визначити функції схеми треба знайти співвідношення між вхідною та вихідною напругами. Для наведеної схеми справедливі наступні співвідношення:

Uвих=Uвх-iR (1)

Враховуючи, що напруга на конденсаторі це є вихідна напруга можна записати:

(2)

Робимо підстановку:

(3)

Позначемо RC= , отримаємо:

(4)

Для цієї схеми постійну часу підбирають таким чином, щоб було справедливим наступне:

(5)

Тоді у рівнянні 4 величиною вихідної напруги можна нехтувати, тобто вважати що вона дорівнює нулю. У цьому випадку маємо наступне рівняння:

(6)

(7)

Зробимо деякі перетворення:

(8)

Проінтегруємо ліву та праву частину рівняння 8 при виконанні інтегрування слід мати наступне:

1-операція інтегрування—диференціювання протилежні, тому якщо поруч стоять знаки , то вони знищуються;

2-постійні величини виносяться за знак інтегралу.

(9)

(10)

Таким чином наведену схему можна застосовувати з достатньою точністю для інтегрування вхідної напруги.

Приклади інтегрування напруги.

1) Припустимо, що до входу інтегруючого кола прикладається напруга синусоїдальної форми (рисунок 21.4). У цьому випадку на виході схеми виникає напруга у вигляді косинусоїди.

U_вх

0 t

U_вих

0 t

Рисунок 21.4—Інтегрування гармонійних коливань

До входу інтегруючого кола прикладається імпульс напруги прямокутної форми (рисунок 21.5)

U_вх

0 t₁ t₂ t

U_вих

0 t

Рисунок 21.5—Інтегрування напруги прямої форми

На рисунку 21.5 показано перетворення напруги прямокутної форми у напругу, яка лінійно змінюється. Принцип цього перетворення покладено у основу побудови схеми генераторів лінійно змінної напруги.