2.3 Простейшие формирователи импульсов

Дифференцирующие цепи. Для формирования импульсов используются пассивные элементы – сопротивления, емкости, индуктивности и активные элементы – диоды, транзисторы, тиристоры (рисунок 2.4).

Дифференцирующая цепь – это линейный четырехполюсник, напряжение на выходе которого U_ВЫХ пропорционально скорости нарастания входного U_ВХ напряжения, т. е.

U_вых = ; τ = L / R

U_вх = + iR

Рисунок 2.4 – Дифференцирующие цепи

Параметры RC выбирают так, чтобы RC << T, тогда iR << , то U_вх = , продифференцируем: i = C ; так как U_вых = iR, то U_вых = iR = RC .

При подаче на вход RС–цепи прямоугольного импульса напряжение U_R возрастает скачком от нуля до U_вх, а по мере заряда «С» оно убывает по экспоненциальному закону до нуля (0) и τ = RC. После заряда С (τ= 3 RC) U_C = U_вх, а U_R = U_вых = 0.

При исчезновении входного импульса конденсатор «С» разряжается от U_вх до «0» через генератор импульсов с той же τ. На входе появится отрицательный импульс – U_вх. Таким образом, с помощью RC-цепи прямоугольный импульс преобразуется в два коротких. Поэтому RC-цепь называют также укорачивающей.

Дифференцирующие цепи применяют для:

• получения производной;

• укорачивания;

• селекции импульсов.

Интегрирующая цепь – это линейный четырехполюсник, для которого справедливо выражение U_вых = K ∫ U_вх dt (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 – Интегрирующая цепь

Дифференциальное уравнение для этой цепи имеет вид:

U_вх = iR + интегрирование точнее, чем меньше U_вых, т. е. U_вых << U_вх.

Для выполнения этого условия надо увеличивать τ = RC, тогда U_вх ≈ iR, и I ≈ U_вх / R, в этом случае:

U_вых = _вх dt

Интегрирующие цепи применяют:

• в схемах генерирования пилообразного напряжения;

• селекции импульсов по длительности.

Диодные ключи. Способность диодов проводить электрический ток в одном направлении используется для:

• получения cсинусоидальных импульсов;

• ограничения амплитуд сигналов;

• преобразования синусоидального напряжения в трапецеидальные импульсы.

Простейший диодный ключ (последовательный) использует один полупроводниковый выпрямитель (рисунок 2.6):

а б

Рисунок 2.6 – Электрическая схема диодного ключа (а) и график выходного напряжения (б)

U_вых = , R = ; R_Д – сопротивление диода.

Ограничители амплитуды импульсов на основе параллельных диодных ключей (рисунок 2.7):

а б

Рисунок 2.7 – Электрическая схема ограничителя амплитуды (а) и график выходного напряжения (б)

Диод открыт, если U_вх > Е, то U_вых = U_вх = , если R_Д << R, то U_вых = Е.

При sin U_вх ограничиваться будет только положительная полуволна синусоиды.

Для ограничения разнополярных импульсов используют схему с двумя диодами (рисунок 2.8).

• при U_вх > Е₁ U_вых ≈ Е₁,

• при Е₁ ≥ U_вх ≥ Е₂ оба диода закрыты и U_вых = U_вх,

• при U_вх < -Е₂ U_вых ≈ -Е₂.

а

б

Рисунок 2.8 – Электрическая схема двуполярного ограничителя (а) и график выходного напряжения (б)

Двусторонний ограничитель позволяет преобразовать синусоидальное напряжение в трапецеидальные импульсы разной полярности (рисунок 2.9).

Аналогичная схема:

Рисунок 2.9 – Электрическая схема двуполярного ограничителя