Студопедия


Авиадвигателестроения Административное право Административное право Беларусии Алгебра Архитектура Безопасность жизнедеятельности Введение в профессию «психолог» Введение в экономику культуры Высшая математика Геология Геоморфология Гидрология и гидрометрии Гидросистемы и гидромашины История Украины Культурология Культурология Логика Маркетинг Машиностроение Медицинская психология Менеджмент Металлы и сварка Методы и средства измерений электрических величин Мировая экономика Начертательная геометрия Основы экономической теории Охрана труда Пожарная тактика Процессы и структуры мышления Профессиональная психология Психология Психология менеджмента Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении Социальная психология Социально-философская проблематика Социология Статистика Теоретические основы информатики Теория автоматического регулирования Теория вероятности Транспортное право Туроператор Уголовное право Уголовный процесс Управление современным производством Физика Физические явления Философия Холодильные установки Экология Экономика История экономики Основы экономики Экономика предприятия Экономическая история Экономическая теория Экономический анализ Развитие экономики ЕС Чрезвычайные ситуации ВКонтакте Одноклассники Мой Мир Фейсбук LiveJournal Instagram

ОСНОВЫ ИМПУЛЬСНОЙ ТЕХНИКИ. Этот раздел является базой для освоения основного материала учебной программы




 

Этот раздел является базой для освоения основного материала учебной программы. Бурное развитие импульсной техники, практически повсеместное внедрение цифровых технологий с применением микропроцессоров и ЭВМ, делают знания в этой области основой современного электронного обеспечения любой сферы деятельности.

Из всего многообразия импульсных сигналов, о которых нужно иметь представление, мы остановим свое внимание на прямоугольных импульсах, как наиболее распространенных в импульсной технике. В то же время, этот сигнал в процессе формирования и передачи по цепям подвергается всевозможным преобразованиям и искажениям, что также требует понимания.

В основе большинства импульсных процессов лежат переходные процессы (изменение во времени напряжений и токов) в RC-цепи.

Здесь нужно иметь в виду, что внешне одинаковые по начертанию RC-цепи в аналоговой и импульсной технике ведут себя совершенно по разному. В аналоговых схемах емкостное сопротивление конденсатора, как правило, не принимает конечных значений (за исключением частных случаев), обеспечивая протекание по нему переменной составляющей тока, определяемого выражением: IC = C dUС/dt. Особенность же импульсного сигнала (например, прямоугольного или ступенчатого) заключается в наличии протяженных областей, где dUС/dt = 0 (т.е. UС = const) и очень коротких промежутков времени изменения уровней U. Это обстоятельство определяет экспоненциальный характер кривых переходного процесса, например, при заряде конденсатора в соответствие с выражением: UC=E(1-e-t/t), где Е – напряжение, приложенное к RC-цепи, t- время от момента появления напряжения Е, t = RC - постоянная времени. Здесь нужно вспомнить физический смысл производной и ее графическое определение.

Рассмотренные процессы лежат в основе работы большинства формирователей импульсов. Материал по данному вопросу изложен в [6, 9, 10, 23].

Нелинейные импульсные цепи и ограничители построены на базе электронных элементов с нелинейными вольтамперными характеристиками (ВАХ), обладающими односторонней проводимостью. Как правило, это различных типов полупроводниковые диоды и транзисторы, однако их работа в данном случае имеет особенности. В отличие от аналоговых устройств, например, усилителей, в которых транзисторы работают в активном режима (вспомните выполненную РГР – начальная рабочая точка располагается примерно на середине нагрузочной прямой, что определяет полуоткрытое состояние транзистора), в импульсных устройствах транзисторы устойчиво находятся в одном из двух крайних состояний: в насыщенном (полностью открыт) или в отсечке (полностью закрыт). Это нужно помнить при изучении всего материала по импульсной технике. Здесь помогут источники [9, 10, 23, 24].




Триггеры представляют собой импульсные устройства, имеющие два устойчивых состояния равновесия: открыт–закрыт. В дальнейших разделах дисциплины “Основы электроники” будут изучаться функциональные схемы триггеров разных типов и особенности их работы в составе импульсных (цифровых) устройств. Мы же рассматриваем принцип построения самого триггера и происходящие в нем процессы, что позволит более осознанно осваивать материал по микропроцессорной и импульсной технике.

По существу триггер является усилителем постоянного тока (УПТ) с положительной обратной связью (ПОС). Поэтому любые изменения на входе триггера, многократно усиленные в УПТ, с его выхода по цепи ПОС будут “доставлены” опять на его вход и подтолкнут события в том же направлении, что и входной сигнал. Этот процесс развивается лавинообразно и триггер за очень короткое время (скачком) перейдёт из одного предельного состояния в другое и останется в нём за счёт действия ПОС.

Изучить работу триггера помогут [13, 17, 23, 24].

Сигналы передаются по каналам связи – (совокупности технических устройств, обеспечивающих независимую передачу сообщений от передатчика к приемнику) и при этом подвергаются различным взаимодействиям с элементами канала, в результате которых могут происходить усиление, преобразование, фильтрация и другие изменения исходного сигнала.

Возникает практически важный вопрос: будет ли одинаковым результат взаимодействия технической системы (канала связи, устройств, линий) с различными по форме и изменению во времени сигналами?



Ответ на этот вопрос может дать детальный анализ спектрального состава сигналов произвольной формы.

Одним из итогов этого анализа является тот факт, что чем короче (по времени) импульс по сравнению с паузой, тем шире спектр такого сигнала. Следовательно, передача кратковременных импульсов по информационным каналам может привести к искажению и даже полной потере важной информации в смежных каналах из-за возникающих при этом частотных помех.

Не допустить этого помогут знания, полученные с помощью [3, 9, 23,30].

В данном разделе также изучается важнейшая составляющая импульсной техники – импульсные генераторы разных типов. Такие генераторы вырабатывают колебания напряжения, резко отличающегося по форме от синусоидальной (прямоугольной, пилообразной, и др. формы) Они называются релаксационными (от англ. relax – ослаблять, уменьшать), поскольку работа этих генераторов определяется временем исчезновения электрического или магнитного поля в одном из входящих в состав генератора реактивных элементов.

Релаксационные генераторы могут работать в одном из трех режимов:

автоколебательном; ждущем (заторможенном); синхронизации (деления частоты). На практике чаще применяют устройства, основанные на использовании первых двух режимов.

Мультивибраторы (МВ) – это релаксационные генераторы, вырабатывающие импульсы прямоугольной формы. Особенности их работы достаточно подробно рассмотрены ниже и в учебниках [9, 17, 23, 24].

Блокинг-генератор (БГ) представляет собой генератор релаксационных колебаний, в котором цепь положительной обратной связи создается с помощью импульсного трансформатора (т.е. трансформатора, обладающего прямоугольной петлей гистерезиса). БГ вырабатывают прямоугольные импульсы очень малой длительности (от долей микросекунд до долей миллисекунд), повторяющиеся с большой скважностью, которая может достигать нескольких тысяч. Напомним, что скважность Q характеризует импульсную последовательность и определяется как отношение периода повторения Т к длительности импульса tИ : Q=Т/tИ. Такая большая скважность не может быть получена ни от одного другого АГ импульсов.

В изучении работы БГ помогут [13, 17, 23, 24].

Спусковые схемы, как правило, представляют собой рассмотренные выше импульсные генераторы, работающие в ждущем (заторможенном) режиме. В таком режиме генератор имеет одно устойчивое состояние равновесия. Внешний запускающий импульс вызывает скачкообразный переход ждущего генератора в новое квазиравновесное (временно устойчивое) состояние, в котором он находится в течение времени, определяемого параметрами схемы генератора. После завершения переходного процесса происходит обратный скачек и восстанавливается устойчивое исходное состояние.

Ждущие генераторы применяются, прежде всего, для получения определенного временного интервала, начало и конец которого фиксируются со ответственно фронтом и спадом генерируемого прямоугольного импульса, а также для расширения импульсов, для деления частоты повторения импульсов и для других целей.

Изучить работу импульсных АГ в ждущем режиме можно по [13, 17, 23].

С системах автоматического управления (САУ), в измерительной технике, в устройствах отображения информации и других областях техники используются импульсы напряжения и тока не только прямоугольной, но и непрямоугольной (например пилообразной или более сложной) формы.

Изучая генераторы пилообразного напряжения (ГПН) необходимо помнить, что для получения напряжения пилообразной формы обычно используется заряд (разряд) конденсатора во время рабочего хода с последующим восстановлением исходного состояния во время обратного хода. При этом принципиальная нелинейность изменения напряжения на конденсаторе UС (и протекающего по нему тока IC) требует создания условий для линеаризации этих параметров. Предпосылкой для такой процедуры является уже знакомая нам функциональная связь между данными параметрами: IC = C dUС/dt, из которой следует, что линейность изменения напряжения на конденсаторе UC (когда между изменением UC и временем имеется линейная зависимость и dUС/d t = const ) будет иметь место при уловии IC = const. Именно решение этой задачи находит отражение в различных схемах ГПН.

Изучить данный материал можно по [13, 9, 23, 24].

Импульсные сигналы, формируемые в различных устройствах и передаваемые по каналам связи между ними, могут иметь не достаточную амплитуду для надежной работы ИИК. В этом случае такие сигналы подвергается усилению в импульсном усилителе. Однако, существенное отличие формы импульсного сигнала от синусоидальной обогащает его спектр гармоническими составляющими, что предъявляет дополнительные требования к усилителю.

Для неискаженной передачи импульсных сигналов полоса пропускания усилителя должна быть как можно более широкой (теоретически – от нулевой до бесконечно большой частоты). Именно поэтому усилители импульсов должны быть широкополосными.

Обычно импульсный усилитель строится на основе резистивного усилительного каскада, обладающего наиболее равномерной частотной характеристикой в сравнительно широком диапазоне частот. Однако для расширения полосы пропускания как в сторону низких, так и в сторону высоких частот в схему вводятся спе­циальные цепи частотной коррекции.

Освоить материал по импульсным (широкополосным) усилителям поможет [10].

 

Вопросы для самоконтроля

1. Основные сведения об электрических импульсах и их преобразовании.

2. Дифференцирующая RC-цепь: основные уравнения и осциллограммы.

3. Интегрирующая RC-цепь: основные уравнения и осциллограммы.

4. Общие сведения о нелинейных импульсных цепях.

5. Общие сведения об электронных ключах, требования к ним.

6. Принцип действия и схемы диодных электронных ключей .

7. Транзисторный электронный ключ: схема, принцип действия, вольтамперная характеристика (ВАХ).

8. Типовые схемы последовательного и параллельного диодных ограничителей импульсов: эпюры напряжений, пороги и уровни ограничений.

9. Транзисторный усилитель-ограничитель импульсов: схема, принцип действия, ВАХ.

10. Симметричный триггер: назначение, принцип действия, применение.

11. Способы запуска триггеров: пояснить их суть, дать графическую иллюстрацию процессов.

12. Путь тока при заряде и разряде ускоряющего конденсатора.

13. Особенности, схема и принцип действия триггера Шмитта.

14. Привести пример использования триггера Шмитта.

15. Что называется сигналом, и какие его параметры являются информационными?

16. В чем суть представления сложных сигналов простейшими составляющими?

17. Приведите выражение ряда Фурье для периодической четной функции.

18. Какой физический смысл определяет название “мультивибратор”?

19. Какой процесс, происходящий в МВ, определяет длительность выходного импульса?

20. Что изменится, если емкость одного из конденсаторов МВ увеличить (уменьшить) в два раза?

21. Объясните причину искажения фронта выходного импульса МВ и предложите путь улучшения формы импульса.

22. Укажите недостаток импульсных генераторов, построенных на основе мультивибратора. Обоснуйте ответ.

23. Покажите полную цепь заряда и перезаряда времязадающего конденсатора блокинг-генератора

24. Опишите процесс скачка в БГ, когда транзистор открывается.

25. Опишите процесс скачка в БГ, когда транзистор закрывается.

26. Опишите процесс формирования горизонтальной вершины импульса БГ.

27. Укажите факторы, определяющие длительность паузы и длительность импульса, сравните их. Обоснуйте ответ.

28. Каким образом в БГ достигается большая скважность?

29. В чем принципиальное отличие ждущего режима работы МВ от автоколебательного?

30. Какую роль играет входной делитель в схеме ОВ с эмиттерной связью?

31. Какое соотношение между RК1 и RК2 должно соблюдаться в схемах ОВ с эмиттерной связью? Почему?

32. Объясните причину нестабильности параметров БГ в режиме автоколебаний. Как решить проблему?

33. Дайте определение линейно-изменяющегося напряжения (ЛИН). Проиллюстрируйте определение временной диаграммой.

34. Опишите процессы в рабочей стадии простейшего генератора пилообразного напряжения (ГПН).

35. Как количественно оценивают отклонение реальной формы напряжений от линейного закона? Приведите математические выражения, отвечающие на данный вопрос.

36. Обоснуйте способ улучшения линейности выходного напряжения ГПН с помощью стабилизатора тока.

37. Где находят применение ГПН и ГПТ (тока)?

38. Дайте определение широкополосного усилителя

39. Приведите примеры сигналов, имеющих широкий спектр частот.

40. Как изменится ширина спектра импульсных колебаний, если длительность импульса tИ сделать значительно меньше периода T? Обоснуйте ответ.

41. Перечислите мероприятия, которые следует провести в схеме УНЧ, чтобы расширить верхнюю и нижнюю границы полосы пропускания.

42. Какие параметры транзистора пытаются исправить, переходя от схемы транзисторного УНЧ к схеме ИУ?

 

 





Дата добавления: 2017-12-14; просмотров: 500; Опубликованный материал нарушает авторские права? | Защита персональных данных | ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 8460 - | 6788 - или читать все...

 

54.196.208.187 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.


Генерация страницы за: 0.006 сек.