Дискретные устройства

Генераторы

Для подробного изучения поведения электронных устройств необходимо, не подключая их в процесс производства или, например, изучения полосы пропускания звукового усилителя, убедится, что функционируют они так, как планировалось при конструировании.

Для имитации реальных процессов с различными формами электрических сигналов, генерирования периодически повторяющихся сигналов применяются генераторы и таймеры.

Электронные цепи, в которых периодические изменения напряжения и тока возникают без приложения к ним дополнительного периодического сигнала, называются автономными автоколебательными цепями, а устройства, выполненные на их основе, — автогенераторами или генераторами колебаний соответствующей формы. Эти цепи следует рассматривать как преобразователи энергии источника питания постоянного тока в энергию периодических электрических колебаний.

Автогенераторы можно разделить на генераторы импульсов и генераторы синусоидальных колебаний.

Генераторы импульсов в зависимости от формы выходного напряжения делят на генераторы:

o синусоидальных, гармонических колебаний (сигналов) (генератор Мейснера, генератор Хартли (индуктивная трёхточка), генератор Колпитца (ёмкостная трёхточка) и др.);

o прямоугольных импульсов - мультивибраторы, тактовые генераторы;

o функциональный генератор - прямоугольных, треугольных и синусоидальных импульсов;

o генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН);

o генератор шума;

o генератор импульсов, вершина которых имеет колоколообразную форму (блокинг-генератор).

Существуют также генераторы более сложных сигналов, таких, как телевизионная испытательная таблица.

· По частотному диапазону:

o Низкочастотные

o Высокочастотные

· По принципу работы:

o Стабилизированные кварцевым резонатором - Генератор Пирса

o Блокинг-генераторы

o LC-генераторы

o RC-генераторы

o Генераторы на туннельных диодах

· По назначению:

o Генератор тактовых импульсов.

Для получения незатухающих колебаний во всех названных автогенераторах используются компоненты электроники, на вольт - амперных характеристиках которых имеется или создан с помощью цепи положительной ОС участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Способы представления информации

При использовании в качестве носителя информации электрических сигналов возможны две её формы:

1) аналоговая – электрический сигнал аналогичен исходному в каждый момент времени, т.е. непрерывен во времени. Температура, давление, скорость изменяются по непрерывному закону – датчики преобразуют эти величины в электрический сигнал, который изменяется по такому же закону (аналогичен). Величины, представленные в такой форме, могут принимать бесконечно много значений в каком-то диапазоне.

2) дискретная - импульсная и цифровая – сигнал представляет собой последовательность импульсов, в которых закодирована информация. При этом кодируются не все значения, а только в конкретные моменты времени – дискретизация сигнала.

Импульсный режим работы - кратковременное воздействие сигнала чередуется с паузой.

По сравнению с непрерывным (аналоговым), импульсный режим работы имеет ряд преимуществ:

- большие значения выходной мощности на такой же объем электронного устройства и более высокий коэффициент полезного действия;

- повышение помехоустойчивости, точности и надежности электронных устройств;

- уменьшение влияния температур и разброса параметров приборов, так как работа осуществляется в двух режимах: «включено» - «выключено»;

- реализация импульсных устройств на однотипных элементах, легко выполняемых методом интегральной технологии (на микросхемах).

На рисунке 10.3 а представлены способы кодирования непрерывного сигнала прямоугольными импульсами – процесс модуляции.

Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) - амплитуда импульсов пропорциональна входному сигналу.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) - ширина импульсов tимп пропорциональна входному сигналу, амплитуда и частота импульсов постоянны.

Частотно-импульсная модуляция (ЧИМ) - входной сигнал определяет частоту следования импульсов, которые имеют постоянную длительность и амплитуду.

Наиболее распространены импульсы прямоугольной формы. На рисунке 10.3, б приведена периодическая последовательность прямоугольных импульсов и их основные параметры. Импульсы характеризуются следующими параметрами: U_м - амплитуда импульса; t_имп - длительность импульса; t_паузы - длительность паузы между импульсами; T_п = t_и + t_п - период повторения импульсов; f = 1/T_п - частота повторения импульсов; Q = T_п /t_и - скважность импульсов.

б)

Рисунок 10.3 – а) Способы кодирования непрерывного сигнала прямоугольными импульсами, б) Основные параметры прямоугольных импульсов

Наряду с прямоугольными импульсами в электронной технике широко применяются импульсы пилообразной, экспоненциальной, трапециидальной и другой формы.

Цифровой режим работы - информация передается в виде числа, которому соответствует определенный набор импульсов (цифровой код), при этом существенно только наличие или отсутствие импульса.

Цифровые устройства чаще всего работают только с двумя значениями сигналов – нулём «0» (обычно низкий уровень напряжения или отсутствие импульса) и «1» (обычно высокий уровень напряжения или наличие прямоугольного импульса), т.е. информация представляется в двоичной системе счисления.

Это обусловлено удобством создания, обработки, хранения и передачи сигналов, представленных в двоичной системе: ключ замкнут – разомкнут, транзистор открыт – закрыт, конденсатор заряжен – разряжен, магнитный материал намагничен – размагничен и т.д.

Цифровая информация представляется двумя способами:

1) потенциальным - значениям «0» и «1» соответствуют низкий и высокий уровни напряжения.

2) импульсным - двоичным переменным соответствует наличие или отсутствие электрических импульсов в определённые моменты времени.