نبضات تيار كهربائي معين مسبقًا. النبضات الكهربائية ومعلماتها

تحت دفعة كهربائية فهم انحراف الجهد أو التيار عن مستوى ثابت معين (على وجه الخصوص ، من الصفر) ، الذي لوحظ لفترة زمنية أقل من أو يمكن مقارنتها بمدة العبور في الدائرة.

كما ذكرنا سابقًا ، تُفهم العملية العابرة على أنها أي تغيير مفاجئ في الحالة المستقرة في دائرة كهربائية بسبب عمل الإشارات الخارجية أو التبديل داخل الدائرة نفسها. وبالتالي ، فإن العملية العابرة هي عملية انتقال دائرة كهربائية من حالة ثابتة إلى أخرى. بغض النظر عن مدى قصر هذه العملية العابرة ، فهي دائمًا محدودة في الوقت المناسب. بالنسبة للدوائر التي يكون فيها عمر العملية العابرة أقصر بما لا يقاس من مدة الإشارة الخارجية (الجهد أو التيار) ، يعتبر وضع التشغيل ثابتًا ، والإشارة الخارجية نفسها لمثل هذه الدائرة ليست نابضة. مثال على ذلك هو تشغيل مرحل كهرومغناطيسي.

عندما تصبح مدة الجهد أو إشارات التيار التي تعمل في الدائرة الكهربائية متناسبة مع مدة عمليات التأسيس ، فإن العملية العابرة لها مثل تأثير قويعلى شكل ومعلمات هذه الإشارات ، بحيث لا يمكن تجاهلها. في هذه الحالة ، فإن معظم الوقت الذي يتم تطبيق الإشارة فيه على الدائرة الكهربائية يتزامن مع وقت العملية المؤقتة (الشكل 1.4). سيكون وضع تشغيل الدائرة أثناء عمل مثل هذه الإشارة غير ثابت ، وسيكون تأثيرها على الدائرة الكهربائية اندفاعيًا.

الشكل 1.4. العلاقة بين مدة الإشارة ومدتها

عملية الانتقال:

أ) مدة العملية العابرة أقصر بكثير من المدة

الإشارة ( τ ص<< t );

ب) مدة العملية العابرة تتناسب مع المدة

الإشارة ( п пп ر ).

ومن ثم ، فإن مفهوم النبضة يرتبط بمعلمات دائرة معينة وأنه لا يمكن اعتبار الإشارة نبضية لكل دارة.

في هذا الطريق، النبضة الكهربائية لدائرة معينة هي الجهد أو التيار الذي يعمل لفترة زمنية تتناسب مع مدة الانتقال في هذه الدائرة. من المفترض أنه يجب أن يكون هناك فاصل زمني كافٍ بين نبضتين متتاليتين في الدائرة ، يتجاوز مدة عملية الاستقرار. خلاف ذلك ، بدلاً من النبضات ، ستظهر إشارات ذات شكل معقد (الشكل 1.5).

الشكل 1.5. الإشارات الكهربائية المعقدة

إن وجود فترات زمنية يضفي بنية متقطعة مميزة على إشارة النبضة. يكمن بعض الاصطلاح في مثل هذه التعريفات في حقيقة أن عملية التأسيس نظريًا تستمر إلى الأبد.

قد تكون هناك مثل هذه الحالات الوسيطة عندما لا يكون للعمليات العابرة في الدوائر وقت للانتهاء عمليًا من النبض إلى النبض ، على الرغم من استمرار تسمية الإشارات النبضية بالنبض. في مثل هذه الحالات ، تحدث تشوهات إضافية في شكل النبض ، بسبب تراكب العملية العابرة في بداية النبض التالي.

هناك نوعان من النبضات: نبضات الفيديو و نبضات الراديو ... يتم استقبال نبضات الفيديو عند التبديل (التبديل) لدائرة تيار مستمر. لا تحتوي هذه النبضات على تذبذبات عالية التردد ولها مكون ثابت (قيمة متوسطة) بخلاف الصفر.

عادة ما يتم تمييز نبضات الفيديو من خلال شكلها. في التين. 1.6 يتم عرض نبضات الفيديو الأكثر شيوعًا.

أرز. 1.6 أشكال نبض الفيديو:

أ)مستطيلي؛ ب) شبه منحرف. الخامس) شائك؛

ز)مسننة. ه) الثلاثي. ه) قطبية معاكسة.

ضع في اعتبارك المعلمات الرئيسية لنبضة واحدة (الشكل 1.7).

أرز. 1.7 معلمات النبضة الواحدة

يتم تقييم شكل البقول وخصائص أقسامها الفردية كميًا بواسطة المعلمات التالية:

· ش م - سعة النبض (أعلى قيمة). سعة النبض ش م (أنا م) معبرا عنها بالفولت (أمبير).

· τ و - مدة النبض. عادة ، يتم إجراء قياسات مدة النبضات أو المقاطع الفردية على مستوى معين من قاعدتها. إذا لم يتم تحديد ذلك ، يتم تحديد مدة النبض عند مستوى الصفر. ومع ذلك ، في أغلب الأحيان يتم تحديد مدة النبض على المستوى 0.1U م أو 0.5U م ، عد من القاعدة. في الحالة الأخيرة ، يتم استدعاء مدة النبض نشيط المدة والمشار إليها τ و ... إذا لزم الأمر واعتمادًا على شكل النبضات ، يتم التفاوض بشكل خاص على القيم المقبولة لمستويات القياس.

· τ و - زمن الصعود الذي يحدده زمن صعود النبض من المستوى 0.1U م إلى مستوى 0.9U م .

· τ ق - مدة القطع (الحافة الخلفية) ، التي تحددها زمن اضمحلال النبض من المستوى 0.9U م إلى مستوى 0.1U م ... عندما يتم قياس مدة الحافة الصاعدة أو الهابطة عند المستوى 0.5U م تسمى المدة النشطة ويشار إليها بإضافة الفهرس "أ" على غرار عرض النبض النشط. مستخدم τ و و τ ق هي نسبة قليلة من مدة النبض. الأقل τ و و τ ق مقارنة مع τ و كلما اقترب شكل النبضة من المستطيل. في بعض الأحيان بدلا من τ و و τ ق تتميز جبهات النبض بمعدل الارتفاع (السقوط). هذه القيمة تسمى انحدار (S) من الأمام (قطع) ويعبر عنها بالفولت في الثانية (الخامس/مع) أو كيلو فولت في الثانية (كيلو فولت/مع) ... لنبض مستطيل

………………………………(1.14).

· يسمى قسم النبض بين الجبهات الجزء العلوي المسطح. يوضح الشكل 1.7 تراجع القمة المسطحة (ΔU) .

· قوة النبض. طاقة دبليو النبضة ، حسب مدتها ، تحدد القوة في النبض:

………………………………(1.15).

يتم التعبير عنها بالواط (ث) كيلووات (كيلوواط) أو وحدات كسرية

تساخ وات.

تستخدم أجهزة النبض نبضات ذات مدد تتراوح من أجزاء من الثانية إلى نانوثانية. (10-9 ث) .

المقاطع المميزة للنبضة (شكل 1.8) والتي تحدد شكلها ،

نكون:

الجبهة (1-2) ؛

أعلى (2-3) ؛

· القطع (3-4) ، وتسمى أحيانًا الحافة الخلفية ؛

· الذيل (4 - 5).

الشكل 1.8. أقسام النبض النموذجية

قد تكون المقاطع الفردية للنبضات ذات الأشكال المختلفة غائبة. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن الدوافع الحقيقية ليس لها شكل يتوافق تمامًا مع الاسم. يميز بين نبضات القطبية الإيجابية والسلبية ، وكذلك النبضات الثنائية (القطبية المعاكسة)

(الشكل 1.6 ، ه).

النبضات الراديوية هي نبضات ذات جهد عالي التردد أو تقلبات تيار ، وعادة ما تكون جيبية. لا تحتوي النبضات الراديوية على مكون ثابت. يتم الحصول على النبضات الراديوية عن طريق تعديل التذبذبات الجيبية عالية التردد في الاتساع. في هذه الحالة ، يتم إجراء تعديل السعة وفقًا لقانون نبض فيديو التحكم. يوضح الشكل أشكال النبضات الراديوية المقابلة التي تم الحصول عليها باستخدام تعديل الاتساع. 1.9:

الشكل 1.9. أشكال النبضات الراديوية

تسمى النبضات الكهربائية التي تتبع بعضها البعض على فترات منتظمة التسلسل الدوري (الشكل 1.10).

الشكل 1.10. قطار النبض الدوري

يتميز التسلسل الدوري للبقول بالمعلمات التالية:

فترة التكرار تي أنا - الفاصل الزمني بين بداية نبضتين متجاورتين وحيدة القطب. يتم التعبير عنها في ثوان (مع) أو مضاعفات ثانية (مللي ثانية ؛ μs ؛ ns). يسمى مقلوب فترة التكرار تردد تكرار النبض (التكرار). يحدد عدد النبضات في ثانية واحدة ويتم التعبير عنه بالهرتز (هرتز) ، كيلوهرتز (كيلو هرتز) إلخ.

……………………………….. (1.16)

· دورة عمل قطار النبض هي نسبة فترة التكرار إلى عرض النبضة. يشار إليها بحرف ف :

………………… (1.17)

دورة العمل عبارة عن كمية بلا أبعاد يمكن أن تختلف على مدى واسع جدًا ، نظرًا لأن مدة النبض يمكن أن تكون مئات أو حتى آلاف المرات أقل من فترة النبض ، أو على العكس من ذلك ، تشغل معظم هذه الفترة.

يسمى المعاملة بالمثل لدورة العمل بدورة العمل. هذه الكمية بلا أبعاد ، أقل من واحد. يشار إليه بالحرف γ :

…………………………(1.18)

مع قطار النبض ف = 2 اتصل تسكع ... مثل

تسلسل (الشكل 1.6 ، ه). إذا Т أنا >> τ و ، ثم يسمى هذا التسلسل رادار.

· متوسط ​​قيمة (المكون الثابت) لتقلبات الاندفاع. عند تحديد متوسط ​​قيمة التذبذب النبضي خلال الفترة U الأربعاء (أو أنا الأربعاء) يتم توزيع الجهد أو النبض الحالي بالتساوي على مدار الفترة بأكملها بحيث يتم توزيع المنطقة U cf · T i كانت مساوية لمنطقة النبض S u = U m τ و (الشكل 1.10).

بالنسبة إلى النبضات من أي شكل ، يتم تحديد متوسط ​​القيمة من التعبير

……………………(1.19),

حيث U (t) تعبير تحليلي لشكل النبضة.

لتسلسل دوري من البقول مستطيلي، بحيث U (t) = U م ، فترة التكرار تي أنا ومدة النبض τ و ، يأخذ هذا التعبير بعد الاستبدال والتحويل الشكل:

…………………….(1.20).

من التين. 1.10 يتبين أن S u = U m τ و = U cf · T i ومن أين يلي:

……………(1.21),

أين يو 0 - يسمى مكون ثابت.

وهكذا ، فإن متوسط ​​القيمة (المكون الثابت) للجهد (الحالي) لتسلسل النبضات المستطيلة في ف مرات أقل من سعة النبض.

· متوسط ​​قوة قطار النبض. طاقة النبض دبليو المتعلقة بالفترة تي أنا ، يحدد متوسط ​​قوة النبض

…………………………….. (1.22).

مقارنة التعبيرات P و و ف الأربعاء ، نحن نحصل

الفوسفور u τ u = P cf T i ,

من أين يتبع

…………………(1.23)

و

……………………. (1.24),

أولئك. متوسط ​​القوة وقوة النبض تختلف في ف ذات مرة.

ومن ثم يترتب على ذلك أن طاقة النبض التي يوفرها المولد يمكن أن تكون ف ضعف متوسط ​​قوة المولد.

المهام والتمارين

1. سعة النبضة 11 كيلو فولت ، ومدة النبضة 1 ميكروثانية. أوجد ميل الحافة الأمامية للنبضة ، بافتراض أن وقت الصعود يساوي 20٪ من عرض النبضة.

2. سعة النبضات المستطيلة بمعدل تكرار 1250 هرتز ودورة عمل 2300 هي 11 كيلو فولت. حدد ميل الحافة الأمامية والقطع ، إذا اعتبرنا أن مدة الحافة الأمامية والقطع تساوي 20٪ من مدة النبض.

3. حدد ثابت الوقت لدائرة تتكون من مكثف 5000 pF ومقاومة نشطة 0.5 Mohm.

4. حدد ثابت الوقت لدائرة تتكون من محاثة 20 mH ومقاومة نشطة قدرها 5 kOhm.

5. تحديد متوسط ​​قدرة جهاز إرسال الرادار ، والذي يحتوي على المعلمات التالية: قدرة النبضة 800 kW. مدة نبضة المسبار 3.2 μs ؛ معدل تكرار نبضات السبر 375 هرتز.

6. يتم شحن مكثف 400 بيكو فاراد من مصدر جهد ثابت 200 فولت من خلال مقاومة 0.5 متر مكعب. حدد الجهد عبر المكثف 600 μs بعد بدء الشحن.

7. بالنسبة للدائرة ، التي تتكون من مكثف بسعة 10 pF ومقاومة 2 MΩ ، يتم توصيل مصدر تيار مباشر بجهد 50 فولت. حدد التيار في لحظة التبديل و 40 ميكرو ثانية بعد التبديل تشغيل.

8. مكثف مشحون بجهد 300 فولت يتم تفريغه من خلال مقاومة 300 مΩ. تحديد قيمة تيار التفريغ بمرور الوقت ر = 3τ بعد بدء التفريغ.

9. كم من الوقت سيستغرق شحن مكثف 100 pF إلى جهد 340 فولت ، إذا كان جهد المنبع 540 فولت ومقاومة دائرة الشحن 100 كيلو أوم؟

10. الدائرة ، التي تتكون من محاثة 10 مللي أمبير ومقاومة 5 كيلو أوم ، متصلة بمصدر جهد ثابت قدره 250 فولت. حدد التيار المتدفق في الدائرة 4 ميكرو ثانية بعد التبديل.

الفصل 2. تشكيل النبض

الدوائر الخطية وغير الخطية

في تقنية النبض ، تُستخدم الدوائر والأجهزة على نطاق واسع والتي تشكل الفولتية من شكل من الفولتية في شكل آخر. يتم حل هذه المشكلات باستخدام العناصر الخطية وغير الخطية.

العنصر الذي لا تعتمد معلماته (المقاومة ، الحث ، السعة) على حجم واتجاه التيارات والجهود المطبقة يسمى الخطي. تسمى الدوائر التي تحتوي على عناصر خطية

خطي.

خصائص الدائرة الخطية:

· خاصية الجهد الحالي (VAC) للدائرة الخطية هي خط مستقيم ، أي سيتم ربط قيم التيارات والجهد ببعضها البعض بواسطة المعادلات الخطية ذات المعاملات الثابتة. مثال على رمز التحقق من البطاقة من هذا النوع هو قانون أوم: .

· لحساب (تحليل) الدوائر الخطية وتركيبها ، نطبق مبدأ التراكب (التراكب). معنى مبدأ التراكب هو كما يلي: إذا تم تطبيق جهد جيبي على مدخلات دائرة خطية ، فإن الجهد عبر أي من عناصرها سيكون له نفس الشكل. إذا كان جهد الدخل إشارة معقدة (أي مجموع التوافقيات) ، فسيتم الحفاظ على جميع المكونات التوافقية لهذه الإشارة على أي عنصر من عناصر الدائرة الخطية: بمعنى آخر ، شكل الجهد المطبق على المدخلات محفوظة. في هذه الحالة ، ستتغير فقط نسبة السعات التوافقية عند خرج الدائرة الخطية.

· لا تقوم الدائرة الخطية بتحويل طيف الإشارة الكهربائية. يمكن أن تغير مكونات الطيف فقط في الاتساع والطور. هذا هو سبب حدوثه تشويه خطي .

· أي دارة خطية حقيقية تشوه شكل الموجة بسبب انتقالات وعرض نطاق محدود.

بالمعنى الدقيق للكلمة ، جميع عناصر الدوائر الكهربائية غير خطية. ومع ذلك ، في نطاق معين من التباين في القيم المتغيرة ، تظهر اللاخطية للعناصر قليلة جدًا بحيث يمكن إهمالها عمليًا. مثال على ذلك هو مضخم الترددات الراديوية (مضخم الترددات الراديوية) لجهاز استقبال الراديو ، حيث تكون الإشارة الواردة من الهوائي صغيرة جدًا في الاتساع.

إن الخصائص اللاخطية لخصائص الإدخال للترانزستور في المرحلة الأولى من مضخم الترددات الراديوية ، في غضون بضعة ميكرولت ، صغيرة جدًا بحيث لا يتم أخذها في الاعتبار.

عادةً ما تكون منطقة السلوك غير الخطي لعنصر ما محدودة ، ويمكن أن يحدث الانتقال إلى اللاخطية إما تدريجيًا أو بشكل مفاجئ.

إذا تم تطبيق إشارة معقدة على مدخلات دائرة خطية ، وهي مجموع التوافقيات للترددات المختلفة ، وتحتوي الدائرة الخطية على عنصر يعتمد على التردد ( إل أو ج ) ، فإن شكل الفولتية على عناصرها لن يكرر شكل جهد الدخل. وذلك لأن التوافقيات الخاصة بجهد الإدخال يتم تمريرها بشكل مختلف بواسطة هذه الدائرة. نتيجة لمرور إشارة الإدخال عبر السعات ومحاثة الدائرة ، تتغير العلاقة بين المكونات التوافقية على عناصر الدائرة في السعة والطور فيما يتعلق بإشارة الإدخال. نتيجة لذلك ، فإن العلاقات بين اتساع ومراحل التوافقيات عند مدخل الدائرة وعند خرجها ليست هي نفسها. هذه الخاصية هي أساس تكوين النبضات باستخدام الدوائر الخطية.

يسمى العنصر الذي تعتمد معلماته على حجم وقطبية الفولتية المطبقة أو التيارات المتدفقة غير خطي ، وتسمى السلسلة التي تحتوي على هذه العناصر غير خطي .

تشمل العناصر غير الخطية أجهزة الفراغ الكهربائي (EVD) ، وأجهزة أشباه الموصلات (PPP) التي تعمل في القسم غير الخطي للخاصية I - V ، والصمامات الثنائية (الفراغ وأشباه الموصلات) ، وكذلك المحولات ذات المغناطيسات الحديدية.

خصائص الدائرة اللاخطية:

· التيار المتدفق عبر العنصر غير الخطي لا يتناسب مع الجهد المطبق عليه ، أي العلاقة بين الجهد والتيار (VAC) غير خطية. مثال على رمز التحقق من البطاقة (CVC) هو خصائص المدخلات والمخرجات لـ EEC و RFP.

توصف المعادلات غير الخطية العمليات في الدوائر غير الخطية بمختلف أنواعها، معاملاتها التي تعتمد على وظيفة الجهد (التيار) نفسها أو على مشتقاتها ، وخاصية I - V للدائرة غير الخطية لها شكل منحنى أو خط متقطع. مثال على ذلك هو خصائص الثنائيات ، الصمامات الثلاثية ، الثايرستور ، ثنائيات زينر ، إلخ.

· بالنسبة للدوائر غير الخطية ، فإن مبدأ التراكب غير قابل للتطبيق. عندما تعمل إشارة خارجية على دارات غير خطية ، تظهر التيارات فيها دائمًا ، وتحتوي في تكوينها على مكونات تردد جديدة لم تكن موجودة في إشارة الدخل. هذا هو سبب حدوثه

تشويه غير خطي ، ونتيجة لذلك تكون الإشارة عند الخرج غير خطية

تختلف الدائرة دائمًا في الشكل عن إشارة الإدخال.

دوائر التفريق

من أجل اكتساب الزخم الشكل المطلوبمن شكل موجة جهد معين باستخدام دائرة كهربائية سلبية ، من الضروري معرفة خصائص تشكيل هذه الدائرة. خصائص التشكيل تميز قدرة الدائرة الخطية على تغيير شكل الإشارة المرسلة (المعالجة) بطريقة معينة ويتم تحديدها بالكامل حسب نوع التردد والوقت. س خصائص x.

في تقنية النبض ، تُستخدم الشبكات الخطية ذات المنفذتين والأربعة على نطاق واسع لتوليد الإشارات.

التفريق تسمى الدائرة التي يكون فيها الجهد متناسبًا مع المشتق الأول لجهد الدخل. رياضيا ، يتم التعبير عن هذا بالصيغة التالية:

………………………. (2.1),

أين يو في - الجهد عند دخل دائرة التفاضل ؛

يو خارج- الجهد عند خرج دائرة التفاضل ؛

ك - معامل التناسب.

تُستخدم دارات التمايز (DC) لتمييز نبضات الفيديو. في نفس الوقت ، تسمح دوائر التمايز بإجراء التحولات التالية:

· تقصير نبضات الفيديو المستطيلة وتشكيل نبضات حادة مدببة منها ، والتي تعمل على تشغيل ومزامنة أجهزة النبضات المختلفة ؛

· الحصول على مشتقات زمنية للوظائف المعقدة. يتم استخدامه في تكنولوجيا القياس والتحكم الآلي وأنظمة التتبع التلقائي ؛

· تكوين نبضات مستطيلة من سن المنشار.

أبسط دارات تمايز سعوية ( RC ) واستقرائي ( RL ) سلاسل (الشكل 2.1):

الشكل 2.1. أنواع الدوائر التفاضلية:

أ)بالسعة DC ب) حثي DC

دعونا نظهر ذلك RC - تصبح السلسلة متمايزة في ظل ظروف معينة.

من المعروف أن التيار المتدفق عبر المكثف يتحدد بالتعبير:

........................................... (2.2).

في نفس الوقت ، من الشكل 2.1 ، أمن الواضح أن

,

حيث ص و ج تمثل مقسم الجهد. منذ الجهد

، ومن بعد .

انتاج التيار الكهربائي

………………….... (2.3).

استبدال التعبير (2.2) في (2.3) ، نحصل على:

……………… (2.4).

إذا اخترنا قيمة صغيرة بما فيه الكفاية ص حتى يتم استيفاء الشرط ،

ثم نحصل على مساواة تقريبية

……………………….. (2.5).

هذه المساواة مطابقة لـ (2.1).

يختار ص ذات قيمة صغيرة بما فيه الكفاية تعني ضمان تحقيق عدم المساواة

أين ω في = 2πf بوصة - تردد القطع العلوي لإشارة الخرج التوافقية ، والتي لا تزال موجودة أساسىلشكل نبض الإخراج.

معامل التناسب في التعبير (2.1) ك = RC = τ يحمل الاسم ثابت الزمن دائرة التفاضل. كلما تغير الجهد المطبق بشكل مفاجئ ، قلت القيمة τ يجب أن يحتوي على دائرة تفاضلية بحيث يكون الجهد عند الخرج قريبًا في الشكل من مشتق يو في ... معامل τ = RC له أبعاد الوقت. يمكن تأكيد ذلك من خلال حقيقة أنه وفقًا للنظام الدولي للوحدات (SI) ، فإن وحدة قياس المقاومة الكهربائية

,

ووحدة قياس السعة الكهربائية

.

لذلك،

مبدأ تشغيل دائرة التفاضل.

يظهر رسم تخطيطي لدائرة تفاضل سعوية في الشكل 2.2 ، ومخططات الجهد موضحة في الشكل 2.3.

الشكل 2.2. رسم تخطيطي لدائرة تفاضل سعوية

دع دفعة مستطيلة مثالية يتم تطبيقها على المدخلات ، والتي من أجلها

τ ф = τ с = 0، أ المقاومة الداخليةمصدر الإشارة R أنا = 0 دع الزخم يتحدد بالتعبير التالي:

1. الحالة الأولية للدائرة (t< t 1).

في حالتها الأصلية يو في = 0; يو مع = 0; انا مع = 0; يو خارج = 0.

1. القفزة الأولى للجهد (t = t 1).

في اللحظة الزمنية t = t 1 ، يتم تطبيق قفزة الجهد على دخل التيار المستمر

يو في = E.... في هذه اللحظة ش ج = 0 حيث لفترة زمنية محدودة للغاية ، لا يمكن شحن السعة. ولكن ، وفقًا لقانون التخفيف ، يمكن أن يزداد التيار عبر المكثف على الفور. لذلك ، في الوقت الحالي t = t 1 ، فإن التيار المتدفق عبر المكثف سيكون مساويًا لـ

لذلك ، فإن الجهد عند خرج الدائرة في هذه اللحظة سيكون مساويًا لـ

1. شحنة مكثف (ر 1< t < t 2).

بعد القفزة ، يبدأ المكثف بالشحن بتيار يتناقص أضعافا مضاعفة:

الشكل 2.3. مخططات الضغوط على عناصر دائرة التفاضل

سينمو الجهد عبر المكثف بشكل كبير

…………………… (2.6).

سينخفض ​​الجهد عند خرج التيار المستمر مع ارتفاع الجهد

تهمة على مكثف ، لأن ص و ج تمثل مقسم الجهد:

…………. (2.7).

يجب أن نتذكر أنه في أي وقت لمقسم الجهد ، والمساواة

من أين يتبع ذلك

الذي يؤكد صحة التعبير (2.7).

من الناحية النظرية ، ستستمر شحنة المكثف لفترة غير محدودة ، ولكن في الممارسة العملية تنتهي هذه العملية المؤقتة بعد

(3…5)τ تهمة = (3…5)RC .

1. نهاية شحن المكثف (t = t 2).

بعد نهاية العملية المؤقتة ، يصبح تيار شحنة المكثف صفراً. لذلك ، الجهد عند خرج دائرة التفاضل

تصل إلى ما يقرب من الصفر قيمة ، أي في الوقت t = t 2

1. وضع الحالة المستقرة (t 2< t < t 3).

حيث

1. قفزة الجهد الثانية (t = t 3).

في لحظة من الزمن ر = ر 3 ينخفض ​​الجهد عند مدخل دائرة التفاضل فجأة إلى الصفر. مكثف ج يصبح مصدرا للتوتر ، لأن مشحونة بالحجم .

نظرًا لأنه وفقًا لقانون الاستبدال ، لا يمكن للجهد عبر المكثف أن يتغير فجأة ، ويمكن أن يتغير التيار المتدفق عبر المكثف فجأة ، ثم في الوقت الحالي ر = ر 3 ينخفض ​​جهد الخرج فجأة إلى – ه ... في هذه الحالة ، فإن تيار التفريغ في هذه اللحظةالوقت يصبح كحد أقصى:

,

والجهد عند خرج دائرة التفاضل

.

الجهد الناتج لديه علامة ناقص ، لأن لقد غير التيار اتجاهه.

1. تفريغ مكثف (ر 3< t < t 4).

بعد القفزة الثانية ، يبدأ الجهد عبر المكثف في الانخفاض بشكل كبير:

;

;

1. نهاية تفريغ المكثف واستعادة الحالة الأولية للدائرة (t≥ ر 4).

بعد انتهاء العملية المؤقتة لتفريغ المكثف

وهكذا ، عادت الدائرة إلى حالتها الأصلية. نهاية تفريغ مكثف يحدث عمليا في ر = (3 ... 5) τ = (3 ... 5) RC.

منذ أن أخذنا المقاومة الداخلية لمصدر الإشارة R أنا = 0 ، إذن يمكننا أن نفترض أن ثوابت الوقت لدارات الشحن والتفريغ للمكثف τ الشحنة = τ مرات = τ =RC .

في مثل هذه الدائرة المثالية ، اتساع جهد الخرج يو خارج. م آه لا تعتمد على قيمة معلمات الدائرة ص و ج ، ويتم تحديد مدة النبضات عند الخرج بقيمة ثابت وقت الدائرة τ = RC ... أصغر القيمة ص و ج ، كلما زادت سرعة عمليات الشحن والتفريغ العابرة لنهاية السعة ، كانت النبضات أقصر عند خرج الدائرة.

من الناحية النظرية ، تبين أن مدة النبضة عند خرج دائرة التمايز ، المحددة من القاعدة ، طويلة إلى ما لا نهاية ، لأن الجهد عند الخرج ينخفض ​​بشكل كبير. لذلك ، يتم تحديد مدة النبض عند مستوى معين من القاعدة

يو 0 = αU خارج (الشكل 2.4):

الشكل 2.4. تحديد مدة النبض عند المستوى يو 0 بعد

التفاضل

دعونا نحدد مدة النبض المتمايز على المستوى

يو 0 = αU خارج :

………………. (2.8),

أين و ……………………… (2.9).

يكون التمايز دائمًا مصحوبًا بتقصير عرض النبضة. هذا يعني أن القدرة ج يجب أن يكون لديك وقت لشحنه بالكامل خلال وقت النبضات المتمايزة للمدخلات الفعالة. لذلك ، فإن شرط التمايز العملي من أجل تقصير مدة النبض هو النسبة:

τ وفي> 5τ = 5RC.

الأقل τ الدائرة ، كلما تم شحن وتفريغ المكثف بشكل أسرع وكلما كانت مدة نبضات الخرج أقصر ، كلما أصبحت مدببة ، وبالتالي ، زادت دقة التفاضل. ومع ذلك ، تقليل τ نفعية تصل إلى حد معين.

يمكن تفسير التغيير في شكل النبضة عند خرج دائرة التمايز من حيث التحليل الطيفي.

يتم تقسيم كل توافقي لنبض الإدخال بين ص و ج ... للتوافقيات ترددات منخفضةتحديد الجزء العلوي من نبضة الإدخال ، يقدم المكثف مقاومة كبيرة ، منذ ذلك الحين

>> ر .

لذلك ، بالكاد ينتقل الجزء العلوي المسطح لنبض الإدخال إلى الإخراج.

للمكونات عالية التردد لنبض الإدخال ، والتي تشكل الحافة الأمامية والقطع ،

<< R .

لذلك ، يتم إرسال مقدمة وحافة نبضة الإدخال إلى الخرج بدون أي توهين عمليًا. هذه الاعتبارات تجعل من الممكن تحديد دائرة التفاضل على أنها مرشح دقيق .

دفعة كهربائية ،تغيير قصير المدى في الجهد الكهربائي أو التيار. يُقصد بالقصيرة فترة زمنية مماثلة للمدة عمليات عابرة في الدوائر الكهربائية ... بمعنى آخر. تنقسم إلى نبضات عالية الجهد ونبضات تيار عالية القوة ونبضات فيديو ونبضات راديوية. بمعنى آخر. عادة ما يتم الحصول على الفولتية العالية أثناء تفريغ مكثف إلى حمل مقاوم وله شكل غير دوري. عادة ما يكون للصواعق نفس الشكل. الانفرادي I. هـ. من نفس الشكل بسعة عدة قدم مربعما يصل إلى عدة Mvمع جبهة موجة 0.5-2 ميكروثانيةوالمدة 10-10-2 ميكروثانيةتستخدم لاختبار الأجهزة والمعدات الكهربائية في تكنولوجيا الجهد العالي. يمكن أن تكون القفزات الحالية ذات القوة الكبيرة متشابهة في الشكل مع I. هـ. الجهد العالي (انظر. تقنية النبضة الفولتية العالية).

تسمى نبضات الفيديو I. هـ. التيار أو الجهد (بشكل أساسي من نفس القطبية) ، مع وجود مكون ثابت بخلاف الصفر. يميز بين نبضات الفيديو المستطيلة ، المسننة ، شبه المنحرفة ، الأسية ، ذات الشكل الجرس ، ونبضات الفيديو الأخرى ( أرز. واحد ، ميلادي). العناصر المميزة التي تحدد الشكل والمعلمات الكمية لنبض الفيديو ( أرز. 2 ) هي السعة A ، والجزء الأمامي t f ، والمدة t ، والانحلال t c ، وميل القمة (D A) ، ويتم التعبير عنها عادةً في٪ من A. ... مدة نبضات الفيديو - من الكسور ثانيةإلى أعشار nsec (10 -9 ثانية). تُستخدم نبضات الفيديو في التلفزيون ، والحوسبة ، والرادار ، والفيزياء التجريبية ، والأتمتة ، إلخ.

تذبذبات HF أو UHF المتقطعة للتيار الكهربائي أو الجهد ( أرز. واحد ، هـ) ، يعتمد اتساعها ومدتها على معلمات التذبذبات المعدلة. تتوافق مدة وسعة النبضات الراديوية مع معلمات نبضات الفيديو المعدلة ؛ معلمة إضافية - تردد الموجة الحاملة. تستخدم نبضات الراديو بشكل رئيسي في الراديو وتكنولوجيا الاتصالات. تتراوح مدة النبضات الراديوية من كسور ثانيةقبل nsec.

أشعل .: Itskhoki Ya. S.، Impulse devices، M.، 1959؛ أساسيات تكنولوجيا النبض ، M. ، 1966 ؛ Brammer Yu.A.، Pashchuk I.N. ، تقنية Impulse ، الطبعة الثانية ، M. ، 1968.

الموسوعة السوفيتية العظمى م: "الموسوعة السوفيتية" ، 1969-1978

الأمثلة النموذجية للنبضات المستطيلة هي إشارات التلغراف والبيانات الأولية ، وتسمى أيضًا نبضات التيار المستمر. لديهم شكل متواليات من النبضات المستطيلة ثنائية القطب أو أحادية القطب (الشكل 6.1 ، أ).

دعونا نجد طيف التسلسل الدوري للنبضات أحادية القطب ذات الدورة والسعة UQ. يمكن تمثيل هذا التسلسل كسلسلة فورييه:

أين هو معدل التكرار الدائري أو التوافقي الأول (المكون الطيفي) للإشارة

أرز. 6.1 قطار النبض (أ) وطيفه (ب)

تحدد المعاملات ما يسمى طيف الاتساع ، وطيف الطور. حيث

أين هي دورة عمل تسلسل النبض. المكون الثابت أو القيمة المتوسطة للإشارة خلال الفترة ، ويوضح الشكل.

يحتوي طيف التسلسل الدوري للنبضات أحادية القطب عند ، بالإضافة إلى المكون الثابت ، على مكونات ذات ترددات ، وما إلى ذلك في هذه الحالة ، يتم تقديم مفهوم الكثافة الطيفية. تُعرّف الكثافة الطيفية بأنها نسبة "سعة المكون الطيفي "لنطاق التردد متناهي الصغر ويحسب من خلال تكامل فورييه:

أين هي الكثافة الطيفية للاستطالات ؛ - طيف المراحل.

يمكن معرفة ذلك باستخدام تحويل فورييه المعكوس:

يتم توضيح الكثافة الطيفية لاتساع نبضة مستطيلة واحدة دقيقة لعامل بالخط المتقطع في الشكل.

يحتوي طيف التسلسل الدوري للنبضات والنبضة الواحدة على مكونات بتردد من 0 إلى ما لا نهاية ، أي أنه لا نهائي. إذا تم إرسال سلسلة من الموجات المربعة عبر قناة اتصال تمر دائمًا فقط بطيف محدود ، فإن شكل الموجة عند خرج القناة يتغير. يمكن تحديد شكل الموجة باستخدام معكوس تحويل فورييه (6.6).

من الناحية العملية ، يُفهم عادةً عرض النطاق الترددي للإشارة على أنه نطاق التردد الذي تتركز فيه طاقة الإشارة الرئيسية. في هذه الحالة ، يتم تقديم مفهوم العرض الفعال لطيف الإشارة. في التين. - هذا هو مدى التردد من 0 إلى حيث يتركز حوالي 90٪ من طاقة الإشارة. هذا يعني أنه كلما كانت مدة النبضة أقصر (كلما زادت سرعة التلغراف) ، اتسع نطاق الطيف. على وجه الخصوص ، النبضة ذات القصر اللانهائي لها طيف ممتد بشكل لا نهائي مع كثافة منتظمة. وبالتالي ، يتطلب الإرسال بمعدل أعلى قنوات ذات نطاق ترددي أعلى.

لمدة معينة لعنصر الوحدة ، هناك عاملان يؤثران على طيف الإشارة المرسلة. الأول هو شكل النبض ، الذي يجب اختياره بعناية للحصول على طيف إشارة جيد (مضغوط). عامل آخر هو طبيعة التسلسل الرقمي المرسل ، أي أن الطيف يعتمد على الخصائص الإحصائية للتسلسل المرسل ، ويمكن تغيير الطيف عن طريق إعادة تشفيره.

لتقييم تشوه قطع الطيف لنبضات التيار المستمر ، ضع في اعتبارك مرور نبضة عبر مرشح تمرير منخفض مثالي (LPF). كمدخل سوف نستخدم وظيفة الخطوة

قدم بيانيا في الشكل. 6.2 يرجع اختيار إجراء الإدخال هذا إلى حقيقة أن استخدامه ، أولاً ، يبسط الحسابات الرياضية ، وثانيًا ، يمكن تمثيل نبضة مستطيلة واحدة ذات مدة محددة على شكل تسلسل من وحدتين من ارتفاع الجهد للعلامة المعاكسة ، وتحويلها إلى الوقت بمقدار يساوي مدة النبضة (الشكل 6.3).

أرز. 6.2 وظيفة الخطوة

أرز. 6.3 تمثيل نبضة واحدة

أرز. 6.4 خصائص مرشح التمرير المنخفض المثالي

وأخيرًا ، بمعرفة خصائص عملية التسوية تحت تأثير القفزة الواحدة ، باستخدام نظرية الالتواء ، يمكن للمرء أن يجد عملية التسوية لشكل من أشكال الفعل التعسفي.

اسمح بإدخال مرشح تمرير منخفض مثالي بتردد قطع ، تكون خصائص السعة وتردد الطور على شكل (الشكل 6.4):

أين هو وقت مجموعة المرشح ، في الوقت الحالي يتم توفير الإشارة (6.7) ، والتي يمكن تمثيلها في النموذج

للحصول على الإشارة عند خرج مرشح الترددات المنخفضة ، نقوم بضرب جميع مكونات إشارة الإدخال بمعامل كسب المرشح ونطرح إنزياح الطور عند كل تردد من وسيطة الجيب:

بالتعويض في (6.9) قيمة معامل النقل من (6.8) ، نحصل عليها

النبض الكهربائي ، التغيير المفاجئ قصير المدى في الجهد الكهربائي أو التيار. يُطلق على التيار الكهربائي أو نبضة الجهد (بشكل أساسي من نفس القطبية) ، والتي تحتوي على مكون ثابت ولا تحتوي على تذبذبات HF ، نبضات الفيديو. حسب طبيعة التغيير في الوقت ، تتميز نبضات الفيديو بأشكال مستطيلة ، مسننة ، شبه منحرفة ، على شكل جرس ، أسي وأشكال أخرى (الشكل 1 ، أ-د). يمكن أن يكون لنبضة الفيديو الحقيقية شكل معقد إلى حد ما (الشكل 2) ، والذي يتميز بالسعة A ، والمدة τ (تقاس عند مستوى محدد مسبقًا ، على سبيل المثال ، 0.1 A أو 0.5 A) ، ومدة الصعود τ Ф و تسوس τ С (يقاس بين مستويات 0.1 A و 0.9 A) ، شطبة القمة A (معبرًا عنها كنسبة مئوية من A). الأكثر استخدامًا هي نبضات الفيديو المستطيلة ، والتي على أساسها تتشكل إشارات المزامنة والتحكم والمعلومات في تكنولوجيا الكمبيوتر ، والرادار ، والتلفزيون ، وأنظمة الإرسال الرقمي ومعالجة المعلومات ، وما إلى ذلك ، وكذلك في تكوين إشارات الرادار المعقدة مع تعديل التردد داخل النبض. تتراوح مدة نبضات الفيديو من أجزاء من الثانية إلى أعشار النانو ثانية.

بالإضافة إلى التدفقات الفردية وغير المنتظمة التالية للنبضات الكهربائية في الممارسة العملية ، يتم استخدام التسلسلات الدورية ، والتي تتميز بالإضافة إلى ذلك بفترة T أو معدل التكرار f = T -1. من المعلمات المهمة للتسلسل الدوري للنبضات الكهربائية دورة العمل (نسبة فترة تكرار النبضات إلى مدتها). من حيث توزيع التردد ، تتميز النبضات الكهربائية بطيف يتم الحصول عليه نتيجة لتمدد دالة زمنية تعبر عن نبضة كهربائية في سلسلة فورييه (لتسلسل دوري من نبضات متطابقة) أو تكامل فورييه (لـ البقول المفردة).

النبضات الكهربائية ، التي تكون محدودة زمنياً (متقطعة) ذات التردد العالي أو تذبذبات الميكروويف ، والتي يكون غلافها على شكل نبضة فيديو (الشكل 1 ، هـ) ، تسمى نبضات الراديو. تتوافق مدة وسعة النبضات الراديوية مع معلمات نبضات الفيديو المعدلة ؛ معلمة إضافية هي تردد الموجة الحاملة. تستخدم النبضات الراديوية بشكل رئيسي في أجهزة الراديو والاتصالات ؛ مدتها تتراوح من كسور من الثانية إلى عدة نانوثانية.

مضاءة: Erofeev Yu. N. Impulse. الأجهزة. الطبعة الثالثة. م ، 1989 ؛ Brammer Yu. A.، Pashchuk I.N. تقنية الاندفاع. م ، 2005.