2013-12-29
1035
Импульсные устройства
Современная электроника характеризуется широким применением импульсных устройств. Можно назвать ряд причин, способствующих развитию импульсной техники:
· В - первых, многие производственные процессы имеют импульсный характер пуск, торможение, изменение скорости, и т.д.
· Во-вторых, передача информации в виде импульсов, разделенных паузами, позволяет уменьшить мощность, потребляемую от источника питания, при этом мощность импульса не уменьшается.
· В-третьих, передача информации в виде импульсов позволяет значительно разгрузить каналы связи. При этом необходимо отметить, что переда информации отдельными импульсами позволяет использовать каналы связи для передачи информации о других физических величинах.
· В-четвертых, передача информации в импульсной форме позволяет значительно повысить помехоустойчивость. Точность и надежность электронных устройств.
Существует множество способов передачи информации непрерывного сигнала в виде импульсов прямоугольной формы.
Рис. 4.1.
При осуществлении амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) амплитуда импульсов пропорциональна входному сигналу. При таком способе передачи информации вредное влияние дрейфа нуля усилителя и другие факторы на точность сказываются. При использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ) амплитуда и частота повторения импульсов постоянны, но ширина импульсов пропорциональна текущему значению сигнала. При числоимпульсной модуляции (ЧИМ) входной сигнал определяет частоту следования импульсов, которые имеют постоянную длительность и амплитуду. При ШИМ и ЧИМ дрейф нуля усилителя не оказывает влияния на точность передачи информации.
Наибольшая точность и помехоустойчивость обеспечивает ЧИМ.
Импульсы прямоугольной формы наиболее часто употребляются в электронной технике. На рис.4.2 приведена периодическая последовательность прямоугольных импульсов,
Рис.4.2
а на рис 4.3. показана система параметров, которая позволяет описать импульс.
Рис.4.3.
Параметрами импульса являются амплитуда, длительность импульса, длительность фронта, длительность среза, спад вершины.
Импульс характеризуется следующими параметрами:
Um - амплитуда импульса определяет наибольшее значение напряжения
импульсного сигнала,
tи - длительность импульса характеризует продолжительность импульса во
времени,
tф, tс - характеризуют, соответственно время нарастания и спада импульса.
ΔU - отражает уменьшение напряжения на плоской части вершины.
Параметрами последовательности импульсов являются:
Т – период повторения импульсов,
f - частота повторения импульсов.
tп - длительность паузы между импульсами,
Q= Tп /tи - скважность импульсов.
В реальных устройствах прямоугольные импульсы имеют определенную длительность фронта и среза. Длительность фронта и среза импульса определяются в течение нарастания (или спада) напряжения от 0.1 до 0.9. Наряду с прямоугольными импульсами в электронной технике применяют и импульсы других форм.
49.ИМПУЛЬСЫ.
Существует множество способов передачи информации непрерывного сигнала в виде импульсов прямоугольной формы.
Рис. 4.1.
При осуществлении амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) амплитуда импульсов пропорциональна входному сигналу. При таком способе передачи информации вредное влияние дрейфа нуля усилителя и другие факторы на точность сказываются. При использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ) амплитуда и частота повторения импульсов постоянны, но ширина импульсов пропорциональна текущему значению сигнала. При числоимпульсной модуляции (ЧИМ) входной сигнал определяет частоту следования импульсов, которые имеют постоянную длительность и амплитуду. При ШИМ и ЧИМ дрейф нуля усилителя не оказывает влияния на точность передачи информации.
Наибольшая точность и помехоустойчивость обеспечивает ЧИМ.
Импульсы прямоугольной формы наиболее часто употребляются в электронной технике. На рис.4.2 приведена периодическая последовательность прямоугольных импульсов,
Рис.4.2
а на рис 4.3. показана система параметров, которая позволяет описать импульс.
Рис.4.3.
Параметрами импульса являются амплитуда, длительность импульса, длительность фронта, длительность среза, спад вершины.
Импульс характеризуется следующими параметрами:
Um - амплитуда импульса определяет наибольшее значение напряжения
импульсного сигнала,
tи - длительность импульса характеризует продолжительность импульса во
времени,
tф, tс - характеризуют, соответственно время нарастания и спада импульса.
ΔU - отражает уменьшение напряжения на плоской части вершины.
Параметрами последовательности импульсов являются:
Т – период повторения импульсов,
f - частота повторения импульсов.
tп - длительность паузы между импульсами,
Q= Tп /tи - скважность импульсов.
В реальных устройствах прямоугольные импульсы имеют определенную длительность фронта и среза. Длительность фронта и среза импульса определяются в течение нарастания (или спада) напряжения от 0.1 до 0.9. Наряду с прямоугольными импульсами в электронной технике применяют и импульсы других форм.
50. Ключевой режим транзистора
Отличительной особенностью импульсных схем является применение электронных ключей. Через идеально разомкнутый ключ ток не протекает. Напряжение на идеально замкнутом ключе равно нулю. Широкое применение в качестве электронных ключей находят транзисторные каскады, в первую очередь каскад с общим эмиттером (ОЭ). Рассмотрим работу такого каскада в ключевом режиме.
Рис.4.4.
При рассмотрении воспользуемся графическим методом расчета транзисторных цепей
Рис.4.5.
На рис.4.5. приведена выходная характеристика транзистора, на которой нанесена нагрузочная линия, пересекающая оси координат в точках (Uк=Εк, ίк=0)и(Uк=0, ίк= Εк/Rк). В ключевом режиме транзистор может находиться в двух основных состояниях:
1. Режим отсечки (ключ разомкнут). При этом через транзистор протекает минимальный ток. Это состояние соответствует точке А на диаграмме рис.4.5 iк=Ιкбо=0, напряжение на транзисторе Uк=ЕК Транзистор в режиме отсечки может быть представлен схемой замещения рис., содержащей только один источник тока Iкбо, включенный между базой и коллектором.
Рис. 4.6. Рис. 4.7
Для того, чтобы транзисторный ключ находился в разомкнутом состоянии, необходимо выполнить условие отсечки: сместить в обратном направлении эмиттерный переход транзистора или для п-р-п транзистора выполнить условие Uб<0
Мощность, теряемая в режиме отсечки на транзисторном ключе, Рк=UкIк мала, так как мал ток.
2. Режим насыщения (ключ замкнут). Минимальное напряжение на транзисторе Uк=Uкэн=0 соответствует точке В на диаграмме рис. Ток через транзистор ограничен резистором Rк и определяется
Iкн=(Eк-Uкэн)/Rк= Eк/Rк. Транзистор в режиме насыщения представлен схемой замещения рис.5.7
Режим насыщения достигается уже при iб=Iбн=Iкн/h21э. Дальнейшее увеличение тока базы не изменяет тока коллектора. Таким образом, условие насыщения транзистора записывается в виде
Iб>Iбн=Iкн/h21э где Iкн=Eк/Rн
Для надежного насыщения транзистора необходимо, чтобы условие выполнялось при h21э=h21эмин. Величина Sн=iб/Iбн>1 называется коэффициентом насыщения транзистора. Как и в режиме отсечки, мощность, теряемая на транзисторном ключе Рк=iкUк мала, так как мало напряжение.
При работе транзисторного ключа переход из закрытого состояния в открытое и обратно происходит скачком, потери мощности при этом, как правило, незначительны. Таким образом, работа транзисторного ключа характеризуется малыми потерями мощности и высоким К.П.Д., что является важным преимуществом таких схем.
Рассмотрим возможные варианты создания усилительных каскадов. Одним из наиболее современных вариантов, это построение усилителей на базе операционных усилителей.
