Impulsuri de curent electric de o anumită presetare. Impulsurile electrice și parametrii acestora

31.01.2019

Sub impuls electric înțelegeți abaterea tensiunii sau curentului de la un anumit nivel constant (în special, de la zero), observată pentru un timp mai mic sau comparabil cu durata tranzitorii din circuit.

După cum sa menționat deja, un proces tranzitoriu este înțeles ca orice schimbare bruscă a stării staționare a unui circuit electric datorită acțiunii semnalelor externe sau comutării în interiorul circuitului însuși. Astfel, procesul tranzitoriu este procesul de tranziție a unui circuit electric de la o stare staționară la alta. Indiferent cât de scurt este acest proces tranzitoriu, el este întotdeauna finit în timp. Pentru circuitele în care durata de viață a procesului tranzitoriu este incomparabil mai scurtă decât durata semnalului extern (tensiune sau curent), modul de funcționare este considerat constant, iar semnalul extern în sine pentru un astfel de circuit nu este pulsat. Un exemplu în acest sens ar fi acționarea unui releu electromagnetic.

Când durata semnalelor de tensiune sau curent care acționează în circuitul electric devine proporțională cu durata proceselor de stabilire, procesul tranzitoriu are astfel de influență puternică asupra formei și parametrilor acestor semnale, astfel încât să nu poată fi ignorate. În acest caz, de cele mai multe ori semnalul este aplicat circuitului electric coincide cu timpul procesului tranzitoriu (Figura 1.4). Modul de funcționare al circuitului în timpul acțiunii unui astfel de semnal va fi nestaționar, iar impactul acestuia asupra circuitului electric va fi impulsiv.

Figura 1.4. Relația dintre durata și durata semnalului

proces de tranziție:

A) durata procesului tranzitoriu este mult mai scurtă decât durata

semnal ( τ pp<< t );

b) durata procesului tranzitoriu este proporţională cu durata

semnal ( τ пп ≈ t ).

De aici rezultă că conceptul de impuls este asociat cu parametrii unui anumit circuit și că nu pentru fiecare circuit semnalul poate fi considerat ca fiind impuls.

În acest fel, un impuls electric pentru un circuit dat este tensiunea sau curentul care acționează pentru o perioadă de timp proporțională cu durata tranzitoriului în acest circuit. Se presupune că trebuie să existe un interval de timp suficient între două impulsuri consecutive în circuit, depășind durata procesului de decantare. În caz contrar, în loc de impulsuri, vor apărea semnale de formă complexă (Fig. 1.5).

Figura 1.5. Semnale electrice complexe

Prezența intervalelor de timp conferă semnalului de impuls o structură discontinuă caracteristică. O anumită convenționalitate a unor astfel de definiții constă în faptul că, teoretic, procesul de stabilire durează pentru totdeauna.

Pot exista astfel de cazuri intermediare când procesele tranzitorii din circuite nu au timp să se termine practic de la impuls la impuls, deși semnalele care acționează continuă să fie numite pulsate. În astfel de cazuri, apar distorsiuni suplimentare ale formei pulsului, cauzate de suprapunerea procesului tranzitoriu la începutul următorului impuls.

Există două tipuri de impulsuri: impulsuri video și impulsuri radio ... Impulsurile video sunt primite la comutarea (comutarea) unui circuit DC. Astfel de impulsuri nu conțin oscilații de înaltă frecvență și au o componentă constantă (valoare medie) alta decât zero.

Impulsurile video se disting de obicei prin forma lor. În fig. 1.6. sunt afișate cele mai comune impulsuri video.

Orez. 1.6. Forme de impuls video:

A) dreptunghiular; b) trapezoidal; v) ţepos;

G) dinți de ferăstrău; e) triunghiular; e) polaritate opusă.

Luați în considerare principalii parametri ai unui singur impuls (Figura 1.7).

Orez. 1.7. Parametrii unui singur impuls

Forma impulsurilor și proprietățile secțiunilor sale individuale sunt evaluate cantitativ prin următorii parametri:

· U m - amplitudinea (valoarea cea mai mare) a pulsului. Amplitudinea pulsului U m (eu m) exprimată în volți (amperi).

· τ și - durata pulsului. De obicei, măsurătorile duratei impulsurilor sau secțiunilor individuale se fac la un anumit nivel de la baza lor. Dacă acest lucru nu este specificat, atunci durata pulsului este determinată la nivelul zero. Cu toate acestea, cel mai adesea durata pulsului este determinată la nivel 0,1 U m sau 0,5U m , numărând de la bază. În acest din urmă caz, se numește durata pulsului activ durata şi notat τ și ... Dacă este necesar și în funcție de forma impulsurilor, se negociază în mod special valorile acceptate ale nivelurilor pentru măsurare.

· τ f - timpul de creștere, determinat de timpul de creștere al pulsului de la nivel 0,1 U m a nivela 0,9 U m .

· τ s - durata limitei (marginea de fugă), determinată de timpul de decădere a pulsului de la nivel 0,9 U m a nivela 0,1 U m ... Când durata muchiei de urcare sau de coborâre este măsurată la nivel 0,5U m , se numește durata activă și este indicată prin adăugarea indicelui "A" similar cu lățimea impulsului activ. De obicei τ f și τ s reprezintă câteva procente din durata pulsului. Mai putin τ f și τ s comparat cu τ și , cu atât forma pulsului se apropie mai mult dreptunghiulară. Uneori în loc de τ f și τ s fronturile pulsului sunt caracterizate de rata de creștere (scădere). Această valoare este numită abrupta (S) a frontului (taietura) și exprimat în volți pe secundă (V/Cu) sau kilovolti pe secundă (kV/Cu) ... Pentru puls dreptunghiular

………………………………(1.14).

· Secțiunea pulsului dintre fronturi se numește vârf plat. Figura 1.7 arată declinul unui vârf plat (ΔU) .

· Putere puls. Energie W pulsul, raportat la durata lui, determină puterea în puls:

………………………………(1.15).

Se exprimă în wați (W) , kilowați (kw) sau unități fracționale

tsakh watt.

Dispozitivele cu impulsuri folosesc impulsuri cu durate de la fracțiuni de secundă la nanosecunde. (10 - 9 s) .

Secțiunile caracteristice ale pulsului (Figura 1.8), care determină forma acestuia,

sunt:

Fata (1 - 2);

Sus (2 - 3);

· Cut (3 - 4), numit uneori marginea de fugă;

· Coada (4 - 5).

Figura 1.8. Secțiuni tipice de puls

Secțiuni individuale de impulsuri de diferite forme pot lipsi. Trebuie avut în vedere că impulsurile reale nu au o formă care să corespundă strict numelui. Distingeți între impulsurile de polaritate pozitivă și cea negativă, precum și impulsurile bilaterale (polare opuse)

(fig. 1.6, e).

Impulsurile radio sunt impulsuri cu fluctuații de tensiune sau curent de înaltă frecvență, de obicei sinusoidale. Impulsurile radio nu au o componentă constantă. Impulsurile radio sunt obținute prin modularea oscilațiilor sinusoidale de înaltă frecvență în amplitudine. În acest caz, modularea în amplitudine se realizează conform legii pulsului video de control. Formele impulsurilor radio corespunzătoare obținute folosind modulația de amplitudine sunt prezentate în Fig. 1.9:

Figura 1.9. Forme de impulsuri radio

Se numesc impulsuri electrice care se succed la intervale regulate succesiune periodică (Figura 1.10).

Figura 1.10. Tren de puls periodic

Secvența periodică a impulsurilor este caracterizată de următorii parametri:

Perioada de repetare T i - intervalul de timp dintre începutul a două impulsuri unipolare adiacente. Se exprimă în secunde (Cu) sau submultiplii de secundă (ms; μs; ns). Reciproca perioadei de repetiție se numește frecvența de repetare (repetiție) a pulsului. Determină numărul de impulsuri într-o secundă și se exprimă în herți (Hz) , kiloherți (kHz) etc.

……………………………….. (1.16)

· Ciclul de lucru al unui tren de impulsuri este raportul dintre perioada de repetiție și lățimea impulsului. Notat printr-o scrisoare q :

………………… (1.17)

Ciclul de funcționare este o mărime adimensională care poate varia într-un interval foarte larg, deoarece durata pulsului poate fi de sute sau chiar de mii de ori mai mică decât perioada pulsului sau, dimpotrivă, poate ocupa cea mai mare parte a perioadei.

Reciproca ciclului de lucru se numește ciclu de funcționare. Această cantitate este adimensională, mai mică de unu. Se notează prin literă γ :

…………………………(1.18)

Tren de puls cu q = 2 numit Meandru ... Astfel de

secvente (Figura 1.6, e). Dacă Т i >> τ și , atunci se numește o astfel de secvență radar.

· Valoarea medie (componenta constantă) a fluctuaţiilor impulsului. La determinarea valorii medii a oscilaţiei impulsului pe perioada U Wed (sau I Wed) impulsul de tensiune sau curent este distribuit uniform pe toată perioada astfel încât zona U cf · T i a fost egală cu aria pulsului S u = U m τ și (fig. 1.10).

Pentru impulsuri de orice formă, valoarea medie este determinată din expresie

……………………(1.19),

unde U (t) este o expresie analitică pentru forma pulsului.

Pentru o succesiune periodică de impulsuri dreptunghiular, in care U (t) = U m , perioada de repetare T i și durata pulsului τ și , această expresie după substituție și transformare ia forma:

…………………….(1.20).

Din fig. 1.10 se vede ca S u = U m τ și = U cf · T i , de unde urmează:

……………(1.21),

Unde U 0 - se numește componentă constantă.

Astfel, valoarea medie (componenta constantă) a tensiunii (curentului) a secvenței de impulsuri dreptunghiulare în q ori mai mică decât amplitudinea pulsului.

· Puterea medie a trenului de impulsuri. Energia pulsului W legate de perioada T i , determină puterea medie a impulsului

…………………………….. (1.22).

Compararea expresiilor P și și P Mier , primim

P u τ u = P cf T i ,

de unde urmează

…………………(1.23)

și

……………………. (1.24),

acestea. puterea medie și puterea impulsului diferă în q o singura data.

De aici rezultă că puterea impulsului furnizată de generator poate fi q ori puterea medie a generatorului.

Sarcini și exerciții

1. Amplitudinea impulsului este de 11 kV, durata impulsului este de 1 µs. Determinați panta marginii frontale a pulsului, presupunând că timpul de creștere este egal cu 20% din lățimea impulsului.

2. Amplitudinea impulsurilor dreptunghiulare cu o rată de repetiție de 1250 Hz și un ciclu de lucru de 2300 este de 11 kV. Determinați panta muchiei de atac și a tăieturii, dacă luăm în considerare durata muchiei de față și a tăierii egale cu 20% din durata pulsului.

3. Determinați constanta de timp a unui circuit format dintr-un condensator de 5000 pF și o rezistență activă de 0,5 Mohm.

4. Determinați constanta de timp a unui circuit format dintr-o inductanță de 20 mH și o rezistență activă de 5 kOhm.

5. Determinați puterea medie a dispozitivului de transmisie radar, care are următorii parametri: puterea impulsului 800 kW; durata pulsului sondei este de 3,2 μs; rata de repetare a impulsurilor sonore este de 375 Hz.

6. Un condensator de 400 pF este încărcat de la o sursă de tensiune constantă de 200 V printr-o rezistență de 0,5 MΩ. Determinați tensiunea pe condensator la 600 μs după începerea încărcării.

7. La circuit, format dintr-un condensator cu o capacitate de 10 pF și o rezistență de 2 MΩ, se conectează o sursă de curent continuu cu o tensiune de 50 V. Determinați curentul în momentul pornirii și 40 μs după comutare. pe.

8. Un condensator încărcat la o tensiune de 300 V este descărcat printr-o rezistență de 300 MΩ. Determinați valoarea curentului de descărcare în timp t = 3τ după începerea descărcării.

9. Cât timp va dura încărcarea unui condensator de 100 pF la o tensiune de 340 V, dacă tensiunea sursei este de 540 V și rezistența circuitului de încărcare este de 100 kΩ?

10. Circuitul, format dintr-o inductanță de 10 mH și o rezistență de 5 kOhm, este conectat la o sursă de tensiune constantă de 250 V. Determinați curentul care curge în circuit la 4 μs după pornire.

Capitolul 2. Modelarea pulsului

Circuite liniare și neliniare

În tehnologia cu impulsuri, circuitele și dispozitivele sunt utilizate pe scară largă care formează tensiuni de o formă din tensiunea alteia. Astfel de probleme sunt rezolvate folosind elemente liniare și neliniare.

Un element ai cărui parametri (rezistență, inductanță, capacitate) nu depind de mărimea și direcția curenților și tensiunilor aplicate se numește liniar.Circuitele care conțin elemente liniare se numesc

liniar.

Proprietățile circuitului liniar:

· Caracteristica curent-tensiune (VAC) a unui circuit liniar este o linie dreaptă, i.e. valorile curenților și tensiunilor vor fi legate între ele prin ecuații liniare cu coeficienți constanți. Un exemplu de CVC de acest tip este legea lui Ohm: .

· Pentru calculul (analiza) și sinteza circuitelor liniare, aplicăm principiul suprapunerii (suprapunere). Sensul principiului suprapunerii este următorul: dacă la intrarea unui circuit liniar se aplică o tensiune sinusoidală, atunci tensiunea pe oricare dintre elementele sale va avea aceeași formă. Dacă tensiunea de intrare este un semnal complex (adică este suma armonicilor), atunci toate componentele armonice ale acestui semnal sunt păstrate pe orice element al circuitului liniar: cu alte cuvinte, forma tensiunii aplicate la intrare. se păstrează. În acest caz, doar raportul amplitudinilor armonice se va modifica la ieșirea circuitului liniar.

· Circuitul liniar nu convertește spectrul semnalului electric. Poate schimba componentele spectrului doar în amplitudine și fază. Acesta este motivul apariției distorsiune liniară .

· Orice circuit liniar real distorsionează forma de undă datorită tranzitorilor și lățimii de bandă finite.

Strict vorbind, toate elementele circuitelor electrice sunt neliniare. Totuși, într-un anumit interval de variație a valorilor variabilei, neliniaritatea elementelor apare atât de puțin încât poate fi practic neglijată. Un exemplu este un amplificator de radiofrecvență (amplificator RF) al unui receptor radio, la intrarea căruia un semnal de la o antenă are o amplitudine foarte mică.

Neliniaritatea caracteristicilor de intrare ale tranzistorului din prima treaptă a amplificatorului RF, la câțiva microvolți, este atât de mică încât pur și simplu nu este luată în considerare.

De obicei, aria de comportament neliniar a unui element este limitată, iar tranziția la neliniaritate poate avea loc fie treptat, fie brusc.

Dacă la intrarea unui circuit liniar este aplicat un semnal complex, care este suma armonicilor de diferite frecvențe, iar circuitul liniar conține un element dependent de frecvență ( L sau C ), atunci forma tensiunilor de pe elementele sale nu va repeta forma tensiunii de intrare. Acest lucru se datorează faptului că armonicile tensiunii de intrare sunt transmise diferit de un astfel de circuit. Ca urmare a trecerii semnalului de intrare prin capacitățile și inductanțele circuitului, relația dintre componentele armonice de pe elementele circuitului se modifică în amplitudine și fază în raport cu semnalul de intrare. Ca urmare, relațiile dintre amplitudinile și fazele armonicilor la intrarea în circuit și la ieșirea acestuia nu sunt aceleași. Această proprietate stă la baza formării impulsurilor folosind circuite liniare.

Un element, ai cărui parametri depind de mărimea și polaritatea tensiunilor aplicate sau a curenților care curg, se numește neliniară , iar un lanț care conține astfel de elemente se numește neliniară .

Elementele neliniare includ dispozitive electrovacuum (EVD), dispozitive semiconductoare (PPP) care funcționează în secțiunea neliniară a caracteristicii I – V, diode (vid și semiconductor), precum și transformatoare cu feromagneți.

Proprietățile circuitului neliniar:

· Curentul care circulă prin elementul neliniar nu este proporțional cu tensiunea aplicată acestuia, adică. relația dintre tensiune și curent (VAC) este neliniară. Un exemplu de astfel de CVC sunt caracteristicile de intrare și de ieșire ale EEC și RFP.

Procesele din circuitele neliniare sunt descrise prin ecuații neliniare de diverse feluri, ai căror coeficienți depind de funcția de tensiune (curent) în sine sau de derivatele acesteia, iar caracteristica I - V a unui circuit neliniar are forma unei curbe sau a unei linii întrerupte. Un exemplu sunt caracteristicile diodelor, triodelor, tiristoarelor, diodelor zener etc.

· Pentru circuitele neliniare, principiul suprapunerii nu este aplicabil. Când un semnal extern acționează asupra circuitelor neliniare, în ele apar întotdeauna curenți, conținând în componența lor noi componente de frecvență care nu se aflau în semnalul de intrare. Acesta este motivul apariției

distorsiuni neliniare , drept urmare semnalul la ieșire este neliniar

circuitul este întotdeauna diferit ca formă de semnalul de intrare.

Circuite de diferențiere

Pentru a lua avânt forma dorită dintr-o formă de undă de tensiune dată folosind un circuit electric pasiv, este necesar să se cunoască proprietățile de formare ale acestui circuit. Proprietățile de formare caracterizează capacitatea unui circuit liniar de a schimba forma semnalului transmis (procesat) într-un anumit mod și sunt complet determinate de tipul frecvenței și timpului acestuia. s x caracteristici.

În tehnologia impulsurilor, rețelele liniare cu două și patru porturi sunt utilizate pe scară largă pentru a genera semnale.

Diferențierea numit circuit la ieșirea căruia tensiunea este proporțională cu derivata întâi a tensiunii de intrare. Din punct de vedere matematic, aceasta este exprimată prin următoarea formulă:

………………………. (2.1),

Unde U in - tensiunea la intrarea circuitului de diferentiere;

ieși- tensiunea la iesirea circuitului diferentiator;

k - coeficient de proporţionalitate.

Circuitele de diferențiere (DC) sunt utilizate pentru a diferenția impulsurile video. În același timp, circuitele de diferențiere permit efectuarea următoarelor transformări:

· Scurtarea impulsurilor video dreptunghiulare și formarea de impulsuri ascuțite din acestea, care servesc la declanșarea și sincronizarea diferitelor dispozitive cu impulsuri;

· Obținerea derivatelor în timp ale funcțiilor complexe. Este utilizat în tehnologia de măsurare, sisteme de auto-control și auto-tracking;

· Formarea impulsurilor dreptunghiulare din dinte de ferăstrău.

Cele mai simple circuite de diferențiere sunt capacitive ( RC ) și inductiv ( RL ) lanțuri (Figura 2.1):

Figura 2.1. Tipuri de circuite diferențiatoare:

A) DC capacitiv; b) DC inductiv

Să arătăm asta RC - lanţul devine diferenţiator în anumite condiţii.

Se știe că curentul care trece prin condensator este determinat de expresia:

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

În același timp, din Figura 2.1, A este evident că

de cand R și C reprezintă un divizor de tensiune. Din moment ce tensiunea

, atunci .

Tensiune de ieșire

………………….... (2.3).

Înlocuind expresia (2.2) în (2.3), obținem:

……………… (2.4).

Dacă alegem o valoare suficient de mică R astfel încât condiția să fie îndeplinită,

atunci obținem o egalitate aproximativă

……………………….. (2.5).

Această egalitate este identică cu (2.1).

Selectați R de o valoare suficient de mică înseamnă să asigure îndeplinirea inegalităţii

Unde ω in = 2πf in - frecvența de tăiere superioară a armonicii semnalului de ieșire, care mai are esenţial pentru forma impulsului de ieșire.

Coeficientul de proporționalitate în expresie (2.1) k = RC = τ poartă numele timpul constant circuit de diferențiere. Cu cât tensiunea aplicată se modifică mai brusc, cu atât valoarea este mai mică τ trebuie să aibă un circuit de diferențiere astfel încât tensiunea la ieșire să fie apropiată ca formă de derivata a U in ... Parametru τ = RC are dimensiunea timpului. Acest lucru poate fi confirmat de faptul că, în conformitate cu Sistemul Internațional de Unități (SI), unitatea de măsură pentru rezistența electrică

și unitatea de măsură pentru capacitatea electrică

Prin urmare,

Principiul de funcționare al circuitului de diferențiere.

O diagramă schematică a unui circuit de diferențiere capacitiv este prezentată în Fig. 2.2, iar diagramele de tensiune sunt prezentate în Fig. 2.3.

Figura 2.2. Schema schematică a unui circuit de diferențiere capacitiv

Fie aplicat un impuls dreptunghiular ideal la intrare, pentru care

τ ф = τ с = 0, A rezistență internă sursa semnalului R i = 0 .Fie ca impulsul să fie determinat de următoarea expresie:

Starea inițială a circuitului (t< t 1).

În starea sa inițială U in = 0; U cu = 0; eu cu = 0; ieși = 0.

Primul salt de tensiune (t = t 1).

În momentul de timp t = t 1, se aplică un salt de tensiune la intrarea DC

U în = E... In acest moment Uc = 0 de cand pentru o perioadă de timp infinit de mică, capacitatea nu poate fi încărcată. Dar, în conformitate cu legea comutației, curentul prin condensator poate crește instantaneu. Prin urmare, în momentul t = t 1, curentul care curge prin condensator va fi egal cu

Prin urmare, tensiunea la ieșirea circuitului în acest moment va fi egală cu

Sarcina condensatorului (t 1< t < t 2).

După salt, condensatorul începe să se încarce cu un curent care scade exponențial:

Figura 2.3. Diagrame de tensiuni asupra elementelor circuitului de diferentiere

Tensiunea pe condensator va crește exponențial

…………………… (2.6).

Tensiunea la ieșirea DC va scădea pe măsură ce tensiunea crește

încărcați pe condensator, pentru că R și C reprezintă un divizor de tensiune:

…………. (2.7).

Trebuie amintit că în orice moment pentru divizorul de tensiune, egalitatea

de unde rezultă că

ceea ce confirmă validitatea expresiei (2.7).

Teoretic, sarcina condensatorului va continua o perioadă infinită de timp, dar în practică acest proces tranzitoriu se termină după

(3…5)sarcina τ = (3…5)RC .

Sfârșitul încărcării condensatorului (t = t 2).

După încheierea procesului tranzitoriu, curentul de încărcare a condensatorului devine zero. Prin urmare, tensiunea la ieșirea circuitului de diferențiere

atinge valoarea aproape zero, adică la momentul t = t 2

Modul în regim de echilibru (t 2< t < t 3).

în care

Al doilea salt de tensiune (t = t 3).

La un moment dat t = t 3 tensiunea la intrarea circuitului de diferentiere scade brusc la zero. Condensator C devine o sursă de tensiune, deoarece este încărcat la mărime .

Deoarece, în conformitate cu legea de comutare, tensiunea pe condensator nu se poate schimba brusc, iar curentul care trece prin condensator se poate schimba brusc, atunci în acest moment t = t 3 tensiunea de ieșire scade brusc la – E ... În acest caz, curentul de descărcare în acest moment timpul devine maxim:

iar tensiunea la ieșirea circuitului de diferențiere

Tensiunea de ieșire are semnul minus, deoarece curentul și-a schimbat direcția.

Descărcarea condensatorului (t 3< t < t 4).

După al doilea salt, tensiunea pe condensator începe să scadă exponențial:

;

;

Sfârșitul descărcării condensatorului și restabilirea stării inițiale a circuitului (t≥ t 4).

După încheierea procesului tranzitoriu de descărcare a condensatorului

Astfel, circuitul a revenit la starea inițială. Sfârșitul descărcării condensatorului are loc practic la t = (3… 5) τ = (3… 5) RC.

Din moment ce am luat rezistența internă a sursei de semnal R i = 0, atunci putem presupune că constantele de timp ale circuitelor de încărcare și descărcare ale condensatorului sarcina τ = τ ori = τ =RC .

Într-un astfel de circuit ideal, amplitudinea tensiunii de ieșire ieși. m ah nu depinde de valoarea parametrilor circuitului R și C , iar durata impulsurilor la ieșire este determinată de valoarea constantei de timp a circuitului τ = RC ... Cu cât valoarea este mai mică R și C , cu cât procesele tranzitorii de încărcare și descărcare ale capacului de capacitate sunt mai rapide, cu atât impulsul la ieșirea circuitului este mai scurt.

Teoretic, durata impulsului la ieșirea circuitului de diferențiere, determinată de la bază, se dovedește a fi infinit de lungă, deoarece tensiunea la ieșire scade exponențial. Prin urmare, durata pulsului este determinată la un anumit nivel de la bază

U 0 = αU afară (Figura 2.4):

Figura 2.4. Determinarea duratei pulsului la nivel U 0 după

diferenţiere

Să determinăm durata pulsului diferențiat la nivel

U 0 = αU afară :

………………. (2.8),

Unde și ……………………… (2.9).

Diferențierea este întotdeauna însoțită de o scurtare a lățimii impulsului. Aceasta înseamnă că capacitatea C trebuie să aibă timp să se încarce complet în timpul impulsului diferențiat de intrare efectiv. Prin urmare, condiția pentru diferențierea practică pentru a scurta durata pulsului este raportul:

τ și în> 5τ = 5RC.

Mai putin τ circuit, cu cât condensatorul este încărcat și descărcat mai repede și cu cât durata impulsurilor de ieșire este mai scurtă, cu atât acestea devin mai ascuțite și, prin urmare, diferențierea este mai precisă. Cu toate acestea, reduceți τ oportun până la o anumită limită.

Modificarea formei impulsului la ieșirea circuitului de diferențiere poate fi explicată în termeni de analiză spectrală.

Fiecare armonică a impulsului de intrare este împărțită între R și C ... Pentru armonici frecvențe joase definind vârful impulsului de intrare, condensatorul prezintă o rezistență mare, deoarece

>> R .

Prin urmare, partea superioară plată a impulsului de intrare este cu greu transmisă la ieșire.

Pentru componentele de înaltă frecvență ale impulsului de intrare, care formează marginea frontală și decuplarea acestuia,

<< R .

Prin urmare, partea frontală și marginea impulsului de intrare sunt transmise la ieșire practic fără atenuare. Aceste considerații fac posibilă definirea circuitului de diferențiere ca filtru trece-înalt .

impuls electric, modificarea pe termen scurt a tensiunii sau curentului electric. Prin scurt se înțelege o perioadă de timp comparabilă cu durata procese tranzitorii în circuitele electrice ... eu e. împărțit în impulsuri de înaltă tensiune, impulsuri de curent de mare putere, impulsuri video și impulsuri radio. eu e. tensiunile înalte se obțin de obicei în timpul descărcării unui condensator la o sarcină rezistivă și au o formă aperiodică. Loviturile fulgerelor au de obicei aceeași formă. Solitar I. e. de o formă asemănătoare cu o amplitudine de mai multe mp până la mai multe Mv cu un front de undă 0,5-2 microsecunde si durata 10-10 -2 microsecunde utilizat pentru testarea dispozitivelor și echipamentelor electrice în tehnologie de înaltă tensiune. Salturile curente de mare putere pot fi similare ca formă cu I. e. tensiune înaltă (vezi. Tehnica impulsului tensiuni înalte).

Pulsurile video se numesc I. e. curent sau tensiune (în principal de aceeași polaritate), având o componentă constantă, alta decât zero. Distingeți între impulsuri dreptunghiulare, dinți de ferăstrău, trapezoidale, exponențiale, în formă de clopot și alte impulsuri video ( orez. unu , anunț). Elementele caracteristice care determină forma și parametrii cantitativi ai pulsului video ( orez. 2 ) sunt amplitudinea A, frontul t f, durata t și, decăderea t c și panta vârfului (D A), exprimate de obicei în % din A. ... Durata impulsurilor video - din fracții sec la zecimi nsec (10 -9 sec). Impulsurile video sunt folosite în televiziune, calcul, radar, fizică experimentală, automatizare etc.

Oscilații intermitente HF sau UHF ale curentului sau tensiunii electrice ( orez. unu , e), a căror amplitudine și durată depind de parametrii oscilațiilor modulante. Durata și amplitudinea impulsurilor radio corespund parametrilor impulsurilor video modulante; parametru suplimentar - frecvența purtătoare. Impulsurile radio sunt utilizate în principal în tehnologia radio și a comunicațiilor. Durata impulsurilor radio variază de la fracții sec inainte de nsec.

Lit.: Itskhoki Ya. S., Impulse devices, M., 1959; Fundamentele tehnologiei impulsurilor, M., 1966; Brammer Yu.A., Pashchuk I.N., Tehnica impulsului, ed. a II-a, M., 1968.

Marea Enciclopedie Sovietică M .: „Enciclopedia Sovietică”, 1969-1978

Exemple tipice de impulsuri dreptunghiulare sunt semnalele telegrafice primare și de date, numite și impulsuri DC. Ele au forma unor secvenţe de impulsuri dreptunghiulare bipolare sau unipolare (Fig. 6.1, a).

Să găsim spectrul unei secvențe periodice de impulsuri unipolare cu o perioadă și amplitudine UQ. O astfel de secvență poate fi reprezentată ca o serie Fourier:

unde este rata de repetiție circulară sau prima armonică (componenta spectrală) a semnalului

Orez. 6.1 Trenul de impulsuri (a) și spectrul acestuia (b)

Coeficienții determină așa-numitul spectru de amplitudine și spectrul de fază. în care

unde este ciclul de lucru al secvenței de impulsuri. Componenta constantă sau valoarea medie a semnalului pe perioadă. Spectrul de amplitudine pentru caz este prezentat în Fig.

Spectrul unei secvențe periodice de impulsuri unipolare at conține, pe lângă componenta constantă, componente cu frecvențe etc. În acest caz, se introduce conceptul de densitate spectrală. Densitatea spectrală este definită ca raportul dintre „amplitudinea lui”. componenta spectrală" la banda de frecvență infinitezimală și se calculează prin integrala Fourier:

unde este densitatea spectrală a amplitudinilor; - spectrul de faze.

Știind că poate fi găsit folosind transformata Fourier inversă:

Densitatea spectrală a amplitudinilor unui singur impuls dreptunghiular precis la un factor este prezentată de linia întreruptă din Fig.

Spectrul unei secvențe periodice de impulsuri și un singur impuls conține componente cu o frecvență de la 0 la infinit, adică este infinit. Dacă o secvență de unde pătrate este transmisă pe un canal de comunicație care trece întotdeauna doar printr-un spectru limitat, atunci forma de undă la ieșirea canalului se schimbă. Forma de undă poate fi determinată folosind transformata Fourier inversă (6.6).

În practică, lățimea de bandă a semnalului este de obicei înțeleasă ca domeniul de frecvență în care este concentrată energia principală a semnalului. În acest caz, este introdus conceptul de lățime efectivă a spectrului de semnal. În fig. - Acesta este intervalul de frecvență de la 0 la în care este concentrată aproximativ 90% din energia semnalului. Aceasta înseamnă că, cu cât durata pulsului este mai scurtă (cu cât viteza de telegrafie este mai mare), cu atât spectrul este mai larg. În special, un impuls infinit scurt are un spectru infinit extins cu o densitate uniformă. Astfel, transmisia cu viteză mai mare necesită canale cu lățime de bandă mai mare.

Pentru o anumită durată a unui element unitar, doi factori afectează spectrul semnalului transmis. Una este forma pulsului, care trebuie selectată cu atenție pentru a obține un spectru de semnal bun (compact). Un alt factor este natura secvenței digitale transmise, adică spectrul depinde de caracteristicile statistice ale secvenței transmise, iar spectrul poate fi modificat prin recodificarea acesteia.

Pentru a evalua distorsiunea de tăiere a spectrului a impulsurilor DC, luați în considerare trecerea unui impuls printr-un filtru trece-jos ideal (LPF). Ca intrare vom folosi funcția step

prezentat grafic în Fig. 6.2. Alegerea unei astfel de acțiuni de intrare se datorează faptului că, în primul rând, utilizarea ei simplifică calculele matematice și, în al doilea rând, un singur impuls dreptunghiular de durată finită poate fi reprezentat ca o secvență a două supratensiuni unitare de semn opus, deplasate în timp cu o cantitate egală cu durata pulsului (Fig. . 6.3).

Orez. 6.2 Funcția pas

Orez. 6.3. Reprezentare un singur impuls

Orez. 6.4. Caracteristicile unui filtru trece-jos ideal

Și, în sfârșit, cunoscând caracteristicile procesului de decontare sub acțiunea unui singur salt, folosind teorema de convoluție, se poate găsi procesul de decontare pentru o formă arbitrară de acțiune.

Fie la intrarea unui filtru trece-jos ideal cu o frecvență de tăiere, ale cărui caracteristici de amplitudine și frecvență de fază au forma (Fig.6.4):

unde este timpul de grupare al filtrului, în momentul în care este furnizat semnalul (6.7), care poate fi reprezentat sub forma

Pentru a obține semnalul la ieșirea filtrului trece jos, înmulțim toate componentele semnalului de intrare cu modulul câștigului filtrului și scădem defazajul la fiecare dintre frecvențe din argumentul sinus:

Inlocuind in (6.9) valoarea coeficientului de transmisie din (6.8), obtinem

IMPULS ELECTRIC, modificare bruscă pe termen scurt a tensiunii sau curentului electric. Un impuls de curent electric sau de tensiune (în principal de aceeași polaritate), care are o componentă constantă și nu conține oscilații HF, se numesc impulsuri video. Prin natura schimbării în timp, impulsurile video se disting din forme dreptunghiulare, dinți de ferăstrău, trapezoidale, în formă de clopot, exponențiale și alte forme (Fig. 1, a-d). Un impuls video real poate avea o formă destul de complexă (Fig. 2), care se caracterizează prin amplitudine A, durata τ И (măsurată la un nivel predeterminat, de exemplu, 0,1 A sau 0,5 A), durata timpului de creștere τ Ф și dezintegrarea τ С (măsurată între nivelurile de 0,1 A și 0,9 A), teșirea ΔA de sus (exprimată ca procent din A). Cele mai utilizate sunt impulsurile video dreptunghiulare, pe baza cărora se formează semnale de sincronizare, control și informare în tehnologia computerelor, radar, televiziune, transmisie digitală și sisteme de procesare a informațiilor etc., precum și în formarea de semnale radar complexe. cu modulație de frecvență intra-puls. Durata impulsurilor video variază de la fracțiuni de secundă la zecimi de nanosecundă.

Pe lângă fluxurile unice și neregulate de urmărire a impulsurilor electrice în practică, sunt utilizate secvențe periodice, care sunt caracterizate suplimentar printr-o perioadă T sau o frecvență de repetiție f = T -1. Un parametru important al secvenței periodice a impulsurilor electrice este ciclul de lucru (raportul dintre perioada de repetare a impulsurilor și durata acestora). În ceea ce privește distribuția frecvenței, impulsurile electrice sunt caracterizate printr-un spectru, care se obține ca urmare a extinderii unei funcții de timp care exprimă un impuls electric într-o serie Fourier (pentru o secvență periodică de impulsuri identice) sau o integrală Fourier (pentru impulsuri unice).

Impulsurile electrice, care sunt oscilații HF sau microunde limitate în timp (intermitente), a căror anvelopă este sub forma unui impuls video (Fig. 1, e), se numesc impulsuri radio. Durata și amplitudinea impulsurilor radio corespund parametrilor impulsurilor video modulante; un parametru suplimentar este frecvența purtătoare. Impulsurile radio sunt utilizate în principal în dispozitivele radio și de comunicații; durata lor variază de la fracțiuni de secundă la câteva nanosecunde.

Lit .: Erofeev Yu. N. Dispozitive cu impuls. a 3-a ed. M., 1989; Brammer Yu. A., Pashchuk I. N. Tehnica impulsului. M., 2005.