Типы импульсов и их параметры; Студопедия

Существует два типа импульсов: видеоимпульсы и радиоимпульсы.

Типы импульсов и их параметры.

Импульс определяется как кратковременное отклонение напряжения или тока от некоторого фиксированного уровня, в частности, от нуля.

Существует два типа импульсов: видеоимпульсы и радиоимпульсы.

Видеоимпульсы – это кратковременные изменения напряжения или тока в цепи постоянного тока. Видеоимпульсы бывают прямоугольными, трапециевидными, треугольными, экспоненциальными и колоколообразными (рис.15.1).

Рис. 15.1: Идеализированные прямоугольные (a), трапециевидные (b), треугольные (c), экспоненциальные (d) и колоколообразные (e) импульсы.

Обратите внимание, что реальные импульсы не формируются строго в соответствии с их названием. Например, прямоугольные импульсы похожи на трапецеидальные, а треугольные – на экспоненциальные.

Различают положительные и отрицательные импульсы, а также биполярные (меандровые) импульсы.

Рисунок 15.2: Биполярные импульсы.

Чаще всего используются прямоугольные импульсы.

Радиоимпульсы – это короткие пакеты синусоидального напряжения или тока. Они берутся с выхода высокочастотного генератора, который управляется (модулируется) видеоимпульсами. Поэтому форма огибающей радиоимпульсов соответствует форме огибающей модулирующих видеоимпульсов (рис. 15.3).

Рис. 15.3 Типы радиоимпульсов с формами: прямоугольная (a), трапециевидная (b), треугольная (c), экспоненциальная (d, e).

Введем понятие основных параметров импульса на примере реального прямоугольного импульса. Как показано на рис. 15.4, такие импульсы имеют передний фронт, срез (задний фронт) и плоскую вершину (часть импульса между фронтами). На рисунке также показано плоское затухание пика (∆U) и результирующее небольшое превышение напряжения. Параметрами истинного импульса являются амплитуда импульса, длительность импульса и крутизна склона, а также мощность в импульсе.

Рисунок 15.4: Прямоугольный импульс напряжения.

Амплитуда импульса – Амплитуда импульса – это наибольшее значение напряжения или тока. Амплитуда напряжения или текущий выражается в вольтах, киловольтах, милливольтах, микровольтах или амперах, миллиамперах, микроамперах.

Длительность импульса. Длительность активного импульса Длительность активного импульса – это время, измеренное на половине амплитуды. Иногда длительность импульса измеряется на уровне 0,1 (0,1 или у основания пульса. С этого момента, если не указано иное, длительность импульса будет основываться на начале импульса и обозначаться как . Длительность импульса выражается в единицах времени: секундах, миллисекундах, микросекундах и наносекундах.

Длительность и крутизна импульса (падающий фронт). Восходящий фронт импульса определяется временем нарастания импульса, а нисходящий фронт импульса определяется временем спада импульса. Наиболее часто используемый термин – время активного фронта. которое принимается за время нарастания импульса от 0,1 до 0.9 . Аналогично, предельное время – время спада импульса от 0,9 до 0,1 .

Как правило, продолжительность и единица процента . Меньше и по сравнению с длительностью импульса, тем больше форма импульса приближается к прямоугольной форме. Иногда, вместо и фронт импульса характеризуется скоростью нарастания (спада). Это значение называется склон S и выражается в вольтах в секунду. Для прямоугольного импульса аппроксимация выглядит следующим образом:

S = (15.1)

Мощность импульса. Энергия W импульса, деленная на длительность импульса, определяет мощность в импульсе:

= (15.2)

Эта мощность выражается в ваттах, киловаттах, мегаваттах.

2. Параметры импульсной последовательности.

Импульсы, повторяющиеся через равные промежутки времени, образуют периодическую последовательность. Такая последовательность, параметры которой меняются в зависимости от передаваемой информации, является сигналом.

Помимо параметров, присущих одному импульсу, последовательность импульсов характеризуется дополнительными параметрами: периодом повторения импульсов, частотой повторения импульсов, коэффициентом заполнения импульсов, рабочим циклом импульсов и средней мощностью колебаний импульсов. .

Период импульса и частота повторения импульсов. Временной интервал между началом двух соседних однополярных импульсов называется периодом повторения импульсов. Он выражается в единицах времени: секундах, миллисекундах, микросекундах. Обратная величина периода повторения называется частотой повторения (слежения) импульсов. Частота повторения импульсов определяет количество периодов в секунду и выражается в герцах, килогерцах, мегагерцах (рис. 15.5).

Рисунок 15.5: Последовательность треугольных импульсов.

Коэффициент полезного действия и рабочий цикл импульса. Часть периода T занята паузой – это интервал времени между концом и началом двух соседних импульсов, т.е:

= (15.3)

Отношение длительности импульса к периоду повторения называется коэффициентом заполнения:

γ = (15.4)

Коэффициент заполнения – это безразмерная величина, меньшая единицы.

Обратная величина коэффициента заполнения называется рабочим циклом импульса:

q = = (15.5)

Коэффициент – это безразмерное значение, большее единицы.

Среднее значение напряжения (тока) импульсного колебания. При определении среднего значения напряжения (тока) импульсного колебания за период ( ), напряжение или ток должны быть равномерно распределены по всему периоду так, чтобы площадь прямоугольника равна площади импульса .

Так как для прямоугольного импульса:

= (15.6)

и = = γ = (15.7)

Т.е. среднее напряжение (ток) колебаний прямоугольного импульса в q раз меньше амплитудного значения.

Средняя мощность . Энергия W импульса, деленная на период импульса определяет среднюю мощность импульса:

= (15.8)

Сравнение выражений и получаем:

= (15.9)

= = q (15.10)

= = (15.11)

Это означает, что средняя мощность и мощность в импульсе отличаются в q раз. Из этого следует, что мощность в импульсе, передаваемом генератором, может быть в q раз больше средней мощности генератора.

Соответственно, напряжение на конденсаторе будет равно разности напряжения источника и напряжения на резисторе

Переходный процесс

Рассмотрение импульсных устройств и схем невозможно без знания переходного процесса. Оно возникает в цепях при различных коммутациях, т.е. при включении или выключении элементов схемы, источников напряжения, коротких замыканиях и т.д. Переходный процесс объясняется тем, что энергия электромагнитных полей, связанных с цепью, изменяется в разные временные интервалы, а резкое изменение энергии невозможно из-за ограниченной мощности источников питания.

Из сказанного следует, что напряжение на конденсаторе и ток в индукторе не могут быстро меняться, так как эти параметры определяют энергию электрического поля конденсатора и магнитного поля индуктора.

Поэтому можно сделать вывод, что при рассмотрении импульсных цепей наибольшее внимание следует уделить цепям, представляющим собой комбинации резисторов и конденсаторов или резисторов и индукторов (RC и RL цепи). Эти схемы используются непосредственно для генерации импульсов, а также являются важнейшими компонентами релаксационных генераторов, триггеров и других устройств. Поэтому ниже мы рассмотрим основные свойства элементарных RC и RL цепей и изменение формы импульсов при прохождении через эти цепи.

Влияние RC и RL цепей на импульсы различной формы

Хотя формы электрических импульсов весьма разнообразны, их можно представить как сумму элементарных (типовых) напряжений, имеющих три формы: ступенчатую, линейно изменяющуюся и экспоненциальную. Поэтому давайте рассмотрим влияние различных форм напряжения на RC- и RL-цепи.

RC- и RL-цепи

Изображение RC и RL цепей.

Основные формы сигналов напряжения

Элементарные формы напряжения (сверху вниз): ступенчатое напряжение, линейно изменяющееся напряжение, экспоненциальное напряжение.

Ступенчатое изменение напряжения

. Когда RC-цепь подключена к источнику постоянного напряжения цвх = E = const, напряжения на конденсаторе и резисторе будут изменяться экспоненциально:

где e – математическая константа, e = 2,72; t – время, с; τ

– постоянная времени, с.
τ = RC
.

Определение напряжения понятно, но на практике чаще задают вопрос о времени установки напряжения. Например, рассчитайте время достижения конденсатором напряжения 0,95 Å. Путем простого преобразования формулы напряжения получаем

Таким же образом, если мы подключим цепь RL к источнику постоянного напряжения tcx = E = const

– постоянная времени, с
τ = L/R
.

Ступенчатая реакция напряжения

Линейно изменяющееся напряжение

. Когда RC-цепь подключена к источнику линейно изменяющегося напряжения tsVx = kt, напряжения на резисторе и конденсаторе изменяются в соответствии со следующей формулой

Для цепи RL, подключенной к источнику с линейно изменяющимся напряжением tsVX = kt, напряжения элементов будут соответственно равны

Реакция на линейно изменяющееся напряжение

Временные диаграммы напряжений с линейно изменяющимися напряжениями в RC и RL цепях.

Экспоненциально изменяющееся напряжение. Когда RC-цепь подключена к источнику экспоненциально изменяющегося напряжения, напряжения на резисторе и конденсаторе изменяются в соответствии со следующей формулой

Соответственно, напряжение на конденсаторе будет равно разности напряжения источника и напряжения на резисторе

Временные диаграммы для uR показаны ниже для различных значений q. Для больших значений q, т.е. постоянная времени цепи τ, формы сигнала напряжения uR близки к формам сигнала, соответствующим ступенчатому изменению входного напряжения. При уменьшении τ максимальное значение uR также уменьшается, в дополнение к сокращению продолжительности спада напряжения uR.

Временные диаграммы напряжений на резисторе RC-цепи при различных значениях q = τ/τ1.

Формулы и временные графики выходных напряжений для RL-цепи такие же, как и для RC-цепи.

– коэффициент заполнения

Прямоугольные импульсные токи

Для полного описания прямоугольного импульсного тока (рис. 16.1) его амплитуда /0 и два временных параметра: длительность импульса ?и (определяет время воздействия тока на живую ткань при электростимуляции) и период повторения импульсов Т или время паузы t0, которые связаны отношением Прямоугольные импульсные токи и их параметры

Рис.16.1. Прямоугольные импульсные токи и их параметры

Знание периода Т импульсного тока и длительности импульса ?идругие параметры импульсного тока, которые могут быть использованы, могут быть рассчитаны

– частота импульсного тока

– рабочий цикл

– рабочий цикл

Рабочий цикл Q – это безразмерная величина, которая показывает, сколько раз период повторения Т больше, чем длительность импульса ?и. Как следует из определения

gr t + t t

всегда больше единицы: Q = — = —– = 1 + —.

Коэффициент заполнения k – является обратной величиной рабочего цикла и показывает, какую часть периода занимает сам импульс.

Если длительность импульса равна времени паузы tH10, тогда импульсный ток называется симметричный, при этом рабочий цикл Q – 2.

Таким образом, для полного описания прямоугольного импульсного тока необходимо определить как минимум три параметра:

  • 1) амплитуда импульсного тока /.0;
  • 2) частота v импульсного тока или его период Т – 1/v;
  • 3) рабочий цикл Q или длительность импульса tn.

Другие параметры (длина паузы, коэффициент заполнения и т.д.) могут быть легко рассчитаны по приведенным выше формулам.

Разница между низким и высоким уровнями, положительный фронт, называется нарастающим фронтом или просто фронтом импульса. Разница между высоким и низким уровнем, или отрицательный фронт, называется фронтом отсечки, падающим фронтом или просто падающим фронтом импульса.

Электрические и временные параметры прямоугольных импульсов

Периодические и непериодические сигналы, форма которых отличается от синусоидальной, обычно называют импульсными сигналами. Процессы генерации, преобразования и практического применения импульсных сигналов сегодня важны во многих областях электроники.

Электрические и временные параметры прямоугольных импульсов

Ни один современный источник питания, например, не может обойтись без генератора квадратных волн на печатной плате, такого как TL494, который выдает импульсы с параметрами, адаптированными к текущей нагрузке.

Прямоугольные, треугольные и пилообразные импульсы

Поскольку импульсы могут иметь различную форму, различные импульсы называются в соответствии с похожими формами: прямоугольные импульсы, трапецеидальные импульсы, треугольные импульсы, пилообразные импульсы, ступенчатые импульсы и различные другие формы. Однако на практике чаще всего используются прямоугольные импульсы. В этой статье мы рассмотрим их параметры.

Прямоугольный электрический импульс

Конечно, термин “прямоугольный импульс” несколько условен. Потому что в природе нет ничего совершенного, и не существует такого понятия, как идеальный прямоугольный импульс. На самом деле, реальный импульс, обычно называемый квадратной волной, может иметь колебательные пики (показанные здесь как b1 и b2), вызванные вполне реальными емкостными и индуктивными факторами.

Таких шипов, конечно, может и не быть, но существуют электрические и временные характеристики импульсов, которые отражают, в частности, “неидеальность прямоугольности”.

Прямоугольный импульс имеет определенную полярность и уровень действия. Чаще всего полярность импульса положительная, поскольку подавляющее большинство цифровых схем питается положительным напряжением относительно общего провода, и поэтому мгновенное значение напряжения в импульсе всегда больше нуля.

Однако существуют компараторы, которые являются биполярными, и в этих схемах вы найдете многополярные импульсы. В целом, ИС с отрицательной полярностью используются не так широко, как ИС с положительной полярностью.

В импульсной схеме рабочее напряжение импульса может принимать низкий или высокий уровень, причем один уровень сменяет другой с течением времени. Низкий уровень напряжения обозначается U0, высокий уровень напряжения – U1. Наибольшее мгновенное значение напряжения в импульсе Ua или Um, относительно начального уровня, называется амплитудой импульса.

Фронт и наклон импульса

Разработчики импульсных устройств часто работают с активными импульсами высокого уровня, как показано на рисунке слева. Однако иногда практично использовать импульсы низкого уровня, для которых начальным состоянием является высокое напряжение, в качестве активных импульсов. Импульс низкого уровня показан на рисунке справа. Называть импульс низкого уровня “отрицательным импульсом” неграмотно.

Падение напряжения в квадратичном импульсе называется фронтом, который представляет собой резкое изменение (соизмеримое по времени с переходным процессом в цепи) в электрическом состоянии.

Разница между низким уровнем и высоким уровнем, положительный фронт, называется нарастающим фронтом или просто фронтом импульса. Разница между высоким и низким уровнем, или отрицательный фронт, называется отсечкой, затуханием или просто задним фронтом импульса.

В тексте передний край обозначается 0,1 или схематично _|, а задний край – 1,0 или схематично |_.

В зависимости от инерционных характеристик активных элементов, переходный процесс (падение) в реальном устройстве всегда занимает некоторое конечное время. Таким образом, общая длительность импульса включает не только время существования высокого и низкого уровней, но и длительность фронтов (фронта и отсечки), которые обозначаются Tf и Tcp. Практически в любой конкретной схеме время нарастания и спада можно увидеть с помощью осциллографа.

Крутизна краев и склонов

Поскольку в реальности нелегко определить точные начальную и конечную точки переходного процесса, принято считать, что длительность переходного процесса – это время, в течение которого напряжение изменяется от 0,1Ua до 0,9Ua (нарастающий фронт) или от 0,9Ua до 0,1Ua (спадающий фронт). Таким образом, как краевой уклон Kf, так и уклон отсечки Kc.r. устанавливаются в соответствии с заданными предельными состояниями и измеряются в вольтах на микросекунду (v/µs). Мгновенная длительность импульса – это интервал времени, рассчитанный от уровня 0,5Ua.

Когда рассматриваются процессы формирования и генерации импульсов, длительности фронта и отсечки принимаются равными нулю, поскольку эти малые интервалы не критичны для приблизительных расчетов.

Последовательность импульсов

Последовательность импульсов – это последовательность импульсов, которые следуют друг за другом в определенном порядке. Если интервалы между импульсами и длительность импульсов в последовательности равны, то это периодическая последовательность. Период повторения импульсов T – это сумма длительности импульса и интервала между импульсами в последовательности. Частота повторения импульсов f является обратной величиной периода.

Квадратная волна

Последовательности периодических прямоугольных импульсов, помимо периода T и частоты f, характеризуются несколькими дополнительными параметрами: коэффициентом заполнения по постоянному току и рабочим циклом Q. Коэффициент заполнения – это отношение длительности импульса к периоду импульса.

Коэффициент – это отношение периода импульса к длительности импульса. Периодический рабочий цикл Q=2, т.е. такой, в котором длительность импульса равна интервалу между импульсами или в котором коэффициент заполнения равен DC=0,5, называется меандром.

Если вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на нее в социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!

Кориолисовые расходомеры – это устройства, использующие эффект Кориолиса для измерения массового расхода жидкостей, газов. Принцип работы основан на сдвиге фаз механических колебаний U-образных трубок, через которые проходит среда. Фазовый сдвиг пропорционален массовому расходу. Поток определенной массы через входные патрубки проточных трубок создает силу Кориолиса, которая противодействует вибрации проточных трубок. Это сопротивление отчетливо ощущается, когда шланг гибкий.

Электрический импульс

Существует два класса систем связи: цифровые и аналоговые. Цифровой сигнал – это сигнал, имеющий конечное число дискретных уровней. Аналоговый сигнал – это непрерывный сигнал. Типичным примером такого сигнала является речевой сигнал, передаваемый обычным телефоном. Информация, передаваемая аналоговыми сигналами, также должна быть защищена, в том числе с помощью криптографических методов.

Ссылки на литературу

Связанные условия (продолжение)

Кориолисовые расходомеры – это устройства, использующие эффект Кориолиса для измерения массового расхода жидкостей, газов. Принцип действия основан на изменении фазы механических колебаний U-образной трубки, через которую проходит среда. Фазовый сдвиг пропорционален массовому расходу. Поток определенной массы через входные патрубки проточных трубок создает силу Кориолиса, которая противодействует вибрации проточных трубок. Очевидно, что это сопротивление ощущается, когда шланг гибкий.

В обработке сигналов преобразование чирлетов представляет собой скалярное произведение входного сигнала с семейством элементарных математических функций, называемых чирлетами.

При замыкании выключателя создается электрический путь, который возбуждает соленоид. Рычаг соединен с тяжелой пружиной, которая поднимает рычаг и удерживает его на месте. Когда катушка получает энергию, она тянет рычаг на себя против силы натяжения пружины. Когда рычаг потянут, подвижный контакт встречается с неподвижным, соединяя цепь. Таким образом, соединение цепи либо включено, либо установлено, и лампа загорается, указывая на это.

Район отбора проб

Дисплей области выборки состоит из последовательности выборок формы входного сигнала. Каждая из этих выборок берется с постепенной задержкой относительно некоторой опорной точки сигнала. Таков принцип работы объема выборки, показанный на блок-схеме ниже.

Район отбора проб

Генератор рампы и генератор лестница генерируют сигналы в зависимости от используемых триггерных входов. Компаратор сравнивает эти два сигнала и генерирует выходной сигнал, который затем подается на схему логического блока выборки в качестве управляющего сигнала.

Когда управляющий вход находится в состоянии высокого уровня, входной сигнал на единицы выборки подается на выход, а когда управляющий вход находится в состоянии низкого уровня, входной сигнал не подается.

Во время отбора проб они отбираются в моменты времени, которые постепенно откладываются через равные промежутки времени. Выборка состоит из импульса, длительность которого равна времени управления затвором выборки и амплитуда которого определяется величиной входного сигнала в момент выборки. Длительность генерируемого импульса будет низкой.

Как и при импульсной модуляции, сигнал должен быть дискретизирован и удержан. Однако, поскольку ширина импульса мала, он усиливается схемой усилителя до значения сегменты, и затем подается в комбинированную схему диод-конденсатор, чтобы держать сигнал для заполнения интервала следующей выборки. Выход этой схемы передается на вертикальные прогибные пластины, и выходной сигнал развертки на горизонтальные прогибные пластины Область выборки для отображения формы выходного сигнала.

Читайте далее:
Сохранить статью?