Kakav je stimulativni učinak impulsnih struja. Električni impulsi i njihovi parametri

Tipičan primjer pravokutnih impulsa su primarni telegrafski i podatkovni signali, koji se nazivaju i impulsi. istosmjerna struja. Imaju oblik sekvenci dvo- ili unipolarnih pravokutnih impulsa (slika 6.1, a).

Nađimo spektar periodičkog niza unipolarnih impulsa s periodom i amplitudom UQ. Takav niz se može prikazati kao Fourierov red:

gdje je frekvencija kružnog ponavljanja ili prvi harmonik (spektralna komponenta) signala

Riža. 6.1 Impulsna sekvenca (a) i njen spektar (b)

Koeficijenti određuju tzv. spektar amplituda, te spektar faza. pri čemu

gdje je radni ciklus sekvence impulsa. Konstantna komponenta ili prosječna vrijednost signala tijekom perioda Spektar amplituda za slučaj prikazan je na sl.

Spektar periodičkog slijeda unipolarnih impulsa pri sadrži osim konstantne komponente i komponente s frekvencijama itd. Razlika između tih spektralnih komponenti (S porastom T opada, a samim komponentama također opada amplituda. Pri signal postaje neperiodičan, a spektar postaje kontinuiran. Umjesto pojma amplitudnog spektra uvodi se pojam spektralne gustoće. Spektralna gustoća je definiran kao omjer "amplitude spektralne komponente" prema beskonačno malom frekvencijskom pojasu i izračunava se pomoću Fourierovog integrala:

gdje je spektralna gustoća amplituda; - fazni spektar.

Poznavanje se može pronaći korištenjem inverzne Fourierove transformacije:

Spektralna gustoća amplituda jednog pravokutnog impulsa, do faktora, prikazana je isprekidanom linijom na slici.

Spektar periodičkog niza impulsa i jednog impulsa sadrži komponente s frekvencijom od 0 do beskonačnosti, tj. on je beskonačan. Ako se niz pravokutnih impulsa prenosi preko komunikacijskog kanala koji uvijek prolazi samo ograničeni spektar, tada se valni oblik na izlazu kanala mijenja. Valni oblik se može odrediti pomoću inverzne Fourierove transformacije (6.6).

U praksi se pod širinom spektra signala obično podrazumijeva frekvencijsko područje u kojem je koncentrirana glavna energija signala. U ovom slučaju uvodi se pojam efektivne širine spektra signala. Na sl. - ovo je frekvencijski raspon od 0 do gdje je koncentrirano oko 90% energije signala. To znači da što je kraće trajanje impulsa (što je veća brzina telegrafije), to je širi spektar. Konkretno, beskonačno kratak impuls ima beskonačno proširen spektar s jednolikom gustoćom. Stoga, veća brzina prijenosa zahtijeva kanale veće propusnosti.

Za dano trajanje jednog elementa, tada na spektar odaslanog signala utječu dva čimbenika. Jedan je oblik impulsa, koji mora biti pažljivo odabran kako bi se dobio dobar (kompaktni) spektar signala. Drugi čimbenik je priroda odaslane digitalne sekvence, tj. spektar ovisi o statističkim karakteristikama odašiljane sekvence, a spektar se može promijeniti rekodiranjem.

Za procjenu izobličenja DC impulsa uzrokovanog rezanjem spektra, razmotrite prolaz impulsa kroz idealni niskopropusni filtar (LPF). Kao ulaznu radnju koristimo funkciju step

prikazan grafički na sl. 6.2. Odabir takve ulazne akcije je zbog činjenice da, prvo, njegova uporaba pojednostavljuje matematičke izračune, i drugo, jedan pravokutni impuls konačnog trajanja može se predstaviti kao slijed dvaju pojedinačnih skokova napona. suprotnog predznaka, pomaknut u vremenu za iznos jednak trajanju impulsa (Sl. 6.3).

Riža. 6.2 Funkcija koraka

Riža. 6.3. Prikaz jednog pulsa

Riža. 6.4. Karakteristike idealnog niskopropusnog filtra

I, konačno, poznavajući karakteristike procesa koji se uspostavlja pod utjecajem jednog skoka, pomoću teorema o konvoluciji može se pronaći proces koji se uspostavlja za proizvoljan oblik djelovanja.

Neka ulaz idealnog niskopropusnog filtra s graničnom frekvencijom ima amplitudnu i fazno-frekvencijsku karakteristiku koja ima oblik (slika 6.4):

gdje je grupno vrijeme prolaska filtra, u trenutku primjene signala (6.7), koje se može prikazati u obliku

Da bismo dobili signal na izlazu niskopropusnog filtra, množimo sve komponente ulaznog signala s modulom pojačanja filtra i od sinusnog argumenta oduzimamo fazni pomak na svakoj frekvenciji:

Zamjenom u (6.9) vrijednosti koeficijenta prijenosa iz (6.8), dobivamo

ELEKTRIČNI IMPULSI, kratkotrajna nagla promjena električni napon odnosno jačine struje. Impuls električne struje ili napona (uglavnom istog polariteta), koji ima stalnu komponentu i ne sadrži RF oscilacije, naziva se video impulsima. Prema prirodi promjene vremena, razlikuju se video impulsi pravokutnog, pilastog, trapeznog, zvonastog, eksponencijalnog i drugih oblika (slika 1, a-d). Pravi videoimpuls može imati prilično složen oblik (Sl. 2), koji je karakteriziran amplitudom A, trajanjem τ I (računato na unaprijed određenoj razini, na primjer, 0,1 A ili 0,5 A), vremenom porasta τ F i opadanjem τ C (brojano između razina 0,1 A i 0,9 A), vršnim nagibom ΔA (izraženim kao postotak A). Najširu primjenu imaju pravokutni videoimpulsi, na temelju kojih se generiraju sinkronizacijski, upravljački i informacijski signali u računalnoj tehnici, radaru, televiziji, sustavima za digitalni prijenos i obradu informacija itd. Pilasti i eksponencijalni videoimpulsi koriste se, primjerice, u sustavima skeniranja za televizore, radarskim indikatorima, osciloskopima, kao i u formiranju složenih radarskih signala s intrapulsnom frekvencijskom modulacijom. Trajanje video impulsa kreće se od djelića sekunde do desetinki nanosekunde.

Osim pojedinačnih i vremenski nepravilno slijedećih tokova električnih impulsa, u praksi se koriste periodički nizovi, koji su dodatno karakterizirani periodom T ili frekvencijom ponavljanja f=T -1 . Važan parametar periodični niz električnih impulsa je radni ciklus (omjer perioda ponavljanja impulsa i njihovog trajanja). Prema raspodjeli frekvencija električni impulsi karakterizirani su spektrom koji se dobiva proširenjem vremenske funkcije izražavajući električni impuls u Fourierovom nizu (za periodični niz istovjetnih impulsa) ili Fourierovom integralu (za pojedinačne impulse).

Električni impulsi, koji su vremenski ograničene (isprekidane) HF ili mikrovalne oscilacije, čija omotnica ima oblik video impulsa (slika 1, e), nazivaju se radio impulsi. Trajanje i amplituda radio impulsa odgovaraju parametrima modulirajućih video impulsa; dodatni parametar je nosiva frekvencija. Radioimpulsi se uglavnom koriste u radijskim i komunikacijskim uređajima; njihovo trajanje kreće se od djelića sekunde do nekoliko nanosekundi.

Lit .: Erofeev Yu. N. Pulsni uređaji. 3. izd. M., 1989.; Brammer Yu. A., Pashchuk IN Impulsna tehnologija. M., 2005. (monografija).

električni impuls, kratkotrajna promjena električnog napona ili struje. Kratko vremensko razdoblje smatra se usporedivim s trajanjem prijelazni procesi u električnim krugovima . I. e. dijeli se na visokonaponske impulse, strujne impulse velika snaga, video impulsi i radio impulsi. I. e. visoki naponi obično se dobivaju kada se kondenzator isprazni do aktivnog opterećenja i imaju aperiodični oblik. Pražnjenja groma obično imaju isti oblik. Jednostruki I. e. sličnog oblika s amplitudom nekoliko kvadrat do nekoliko MV s valnom frontom 0,5-2 mikrosekunda a trajanje 10-10 -2 mikrosekunda koristi u testiranju električni uređaji i opreme u strojarstvu visoki napon. Strujni valovi velike snage po obliku mogu biti slični I. e. visoki napon (vidi Impulsna tehnika visoki naponi).

Video impulsi nazivaju se I.e. struja ili napon (uglavnom istog polariteta) koji imaju konstantnu komponentu različitu od nule. Postoje pravokutni, pilasti, trapezni, eksponencijalni, zvonoliki i drugi video impulsi ( riža. 1 , a-d). Karakteristični elementi koji određuju oblik i kvantitativne parametre video pulsa ( riža. 2 ) su amplituda A, front t f, trajanje t i, opadanje t s i kos vrha (DA), obično izraženi u % od A. Periodički niz videoimpulsa karakteriziran je frekvencijom ponavljanja i radnim ciklusom (omjer razdoblja ponavljanja i trajanja I. e.). Trajanje video impulsa - od dionica sek do desetinki ns (10 -9 sek). Video impulsi se koriste u televiziji, računalnoj tehnologiji, radaru, eksperimentalnoj fizici, automatizaciji itd.

Isprekidane RF ili mikrovalne oscilacije nazivaju se radio impulsi. električna struja ili napon ( riža. 1 , e), čija amplituda i trajanje ovise o parametrima modulirajućih oscilacija. Trajanje i amplituda radio impulsa odgovaraju parametrima modulirajućih video impulsa; dodatni parametar - frekvencija nosača. Radioimpulsi se uglavnom koriste u radiotehnici i komunikacijskoj tehnologiji. Trajanje radioimpulsa je u rasponu frakcija sek prije ns

Lit.: Itshoki Ya. S., Pulsni uređaji, M., 1959; Osnove impulsne tehnologije, M., 1966; Brammer Yu. A., Pashchuk I. N., Pulsna tehnologija, 2. izdanje, M., 1968.

Velika sovjetska enciklopedija M.: "Sovjetska enciklopedija", 1969-1978.

Pod, ispod električni impuls razumjeti odstupanje napona ili struje od određene konstantne razine (osobito od nule), promatrano za vrijeme kraće ili usporedivo s trajanjem prijelaznih pojava u krugu.

Kao što je već spomenuto, tranzicijski proces podrazumijeva svaku oštru promjenu u stabilnom stanju strujni krug uslijed djelovanja vanjskih signala ili preklapanja unutar samog sklopa. Dakle, prijelazni proces je proces prijelaza električnog kruga iz jednog stacionarnog stanja u drugo. Bez obzira koliko kratak bio ovaj prijelazni proces, on je uvijek vremenski konačan. Za sklopove u kojima je vrijeme postojanja prijelaznog procesa neusporedivo kraće od vremena vanjskog signala (napona ili struje), smatra se da je režim rada ustaljen, a sam vanjski signal za takav sklop nije pulsirajući. Primjer za to je rad elektromagnetskog releja.

Kada trajanje naponskih ili strujnih signala koji djeluju u električnom krugu postane razmjerno trajanju procesa uspostave, prijelazni proces ima tako snažan utjecaj na oblik i parametre tih signala da se oni ne mogu zanemariti. U ovom slučaju, većina vremena kada signal utječe na električni krug podudara se s vremenom postojanja prijelaznog procesa (slika 1.4). Način rada kruga tijekom djelovanja takvog signala bit će nestacionaran, a njegov učinak na električni krug bit će pulsirajući.

sl.1.4. Odnos između trajanja signala i trajanja

prijelazni proces:

A) trajanje prijelaznog procesa mnogo je manje od trajanja

signal ( τ str<< t );

b) trajanje prijelaznog procesa je razmjerno trajanju

signal ( τ pp ≈ t ).

Iz toga slijedi da je pojam impulsa povezan s parametrima određenog strujnog kruga i da se za bilo koji krug signal ne može smatrati impulsnim.

Tako, Električni impuls za određeni krug je napon ili struja koja djeluje u vremenskom razdoblju koje je razmjerno trajanju prijelaznog procesa u tom krugu. U ovom slučaju, pretpostavlja se da treba postojati dovoljan vremenski interval između dva uzastopna impulsa u krugu, koji prelazi trajanje procesa uspostave. Inače će se umjesto impulsa pojaviti signali složenog oblika (slika 1.5).

sl.1.5. Električni signali složenog oblika

Prisutnost vremenskih intervala daje impulsnom signalu karakterističnu diskontinuiranu strukturu. Neka konvencionalnost takvih definicija leži u činjenici da proces uspostavljanja teoretski traje neograničeno dugo.

Mogu postojati takvi srednji slučajevi kada prijelazni procesi u krugovima nemaju vremena praktički završiti od impulsa do impulsa, iako se radni signali i dalje nazivaju pulsirajući. U takvim slučajevima dolazi do dodatnih izobličenja u obliku impulsa uzrokovanih superpozicijom prijelaznog procesa na početku sljedećeg impulsa.

Postoje dvije vrste impulsa: video impulsi I radio impulsi . Video impulsi se dobivaju pri komutaciji (preklopu) istosmjernog kruga. Takvi impulsi ne sadrže visokofrekventne oscilacije i imaju konstantnu komponentu (prosječnu vrijednost) koja je različita od nule.

Video impulsi se obično razlikuju po obliku. Na sl. 1.6. prikazani su najčešći video impulsi.

Riža. 1.6. Oblici video impulsa:

A) pravokutan; b) trapezoidan; V) zašiljen;

G) zub pile; e) trokutast; e) bipolarni.

Razmotrite glavne parametre jednog impulsa (slika 1.7).

Riža. 1.7. Parametri pojedinačnog impulsa

Oblik impulsa i svojstva njegovih pojedinačnih dijelova kvantitativno se ocjenjuju sljedećim parametrima:

· Hm je amplituda (maksimalna vrijednost) pulsa. Amplituda pulsa ti m (ja sam) izraženo u voltima (amperima).

· τ i - trajanje pulsa. Tipično se mjerenja trajanja impulsa ili pojedinačnih sekcija provode na određena razina od njihova utemeljenja. Ako to nije navedeno, tada se trajanje impulsa određuje na nultoj razini. Međutim, najčešće se trajanje pulsa određuje na razini 0,1U m ili 0,5U m računajući od baze. U potonjem slučaju naziva se trajanje pulsa aktivan trajanje i denotirano τ ia . Po potrebi, a ovisno o obliku impulsa, posebno su propisane prihvaćene vrijednosti razina za mjerenje.

· τ f je vrijeme porasta, određeno vremenom porasta pulsa od razine 0,1U m izravnati 0,9U m .

· τ s je trajanje granične vrijednosti (zadnjeg ruba), određeno vremenom opadanja impulsa od razine 0,9U m izravnati 0,1U m . Kada se vrijeme porasta ili pada mjeri na razini 0,5U m , naziva se aktivno trajanje i označava se dodavanjem indeksa "A" slično širini aktivnog pulsa. Obično τ f I τ s iznosi nekoliko postotaka trajanja pulsa. Manje τ f I τ s u usporedbi sa τ i , što se oblik pulsa više približava pravokutnom. Ponekad umjesto toga τ f I τ s fronte pulsa karakteriziraju brzinu porasta (pada). Ova se vrijednost naziva strmina (S) fronte (cutoff) i izraženo u voltima u sekundi (U/S) ili kilovolta u sekundi (kV/S) . Za kvadratni val

………………………………(1.14).

· Segment količine gibanja između frontova naziva se ravni vrh. Slika 1.7 prikazuje pad ravnog vrha (ΔU) .

· Snaga u impulsu. energija W Puls podijeljen s njegovim trajanjem određuje snagu u pulsu:

………………………………(1.15).

Izražava se u vatima. (W) , kilovati (kW) ili ravne jedinice

zah vat.

Pulsni uređaji koriste impulse koji imaju trajanje od djelića sekunde do nanosekundi. (10 - 9 s) .

Karakteristični dijelovi pulsa (slika 1.8), koji određuju njegov oblik,

su:

prednji (1 - 2);

vrh (2 - 3);

kriška (3 - 4), ponekad se naziva stražnji rub;

rep (4 - 5).

sl.1.8. Karakteristični dijelovi pulsa

Pojedinačni dijelovi impulsa različitih oblika mogu biti odsutni. Treba imati na umu da pravi impulsi nemaju oblik koji strogo odgovara nazivu. Razlikuju se impulsi pozitivnog i negativnog polariteta, kao i bilateralni (suprotni) impulsi

(Sl. 1.6, e).

Radioimpulsi su impulsi visokofrekventnih oscilacija napona ili struje, obično sinusnog oblika. Radioimpulsi nemaju stalnu komponentu. Radioimpulsi se dobivaju moduliranjem visokofrekventnih sinusoidnih oscilacija po amplitudi. U ovom slučaju, amplitudna modulacija se izvodi prema zakonu kontrolnog video impulsa. Oblici odgovarajućih radioimpulsa dobiveni amplitudnom modulacijom prikazani su na sl. 1.9:

sl.1.9. Oblici radioimpulsa

Električni impulsi koji slijede jedan za drugim u pravilnim razmacima nazivaju se periodični niz (Slika 1.10).

sl.1.10. Periodični impulsni niz

Periodični slijed impulsa karakteriziraju sljedeći parametri:

· Razdoblje recidiva T i je vremenski interval između početka dvaju susjednih unipolarnih impulsa. Izražava se u sekundama (S) ili pod-sekundi (ms; µs; ns). Recipročna vrijednost perioda ponavljanja naziva se učestalost ponavljanja (praćenja) impulsa. Definira broj impulsa u jednoj sekundi i izražava se u hercima. (Hz) , kiloherca (kHz) itd.

……………………………….. (1.16)

· Radni ciklus niza impulsa je omjer perioda ponavljanja i trajanja impulsa. Označava se slovom q :

………………… (1.17)

Radni ciklus je bezdimenzionalna veličina koja može varirati u vrlo širokom rasponu, budući da trajanje impulsa može biti stotinama ili čak tisućama puta kraće od perioda impulsa ili, obrnuto, zauzimati veći dio perioda.

Recipročna vrijednost radnog ciklusa naziva se radni ciklus. Ova vrijednost je bezdimenzionalna, manja od jedinice. Označava se slovom γ :

…………………………(1.18)

Pulsna sekvenca sa q = 2 nazvao "meandar" . Takav

sekvence (sl.1.6, e). Ako T i >> τ i , tada se takav niz naziva radar.

· Prosječna vrijednost (konstantna komponenta) fluktuacije impulsa. Pri određivanju prosječne vrijednosti fluktuacije impulsa za razdoblje U cf (ili ja cf) naponski ili strujni impuls ravnomjerno se raspoređuje po cijeloj periodi tako da područje U cf T i bila jednaka površini impulsa S i = U m τ i (Slika 1.10).

Za impulse bilo kojeg oblika, srednja vrijednost se određuje iz izraza

……………………(1.19),

gdje je U(t) analitički izraz za oblik impulsa.

Za periodički niz pravokutnih impulsa, za koji U(t) = Um , period ponavljanja T i i trajanje pulsa τ i , ovaj izraz nakon supstitucije i transformacije ima oblik:

…………………….(1.20).

Od fig. 1.10 to pokazuje S i = U m τ i = U cf T i , iz čega slijedi:

……………(1.21),

Gdje U 0 naziva se konstantna komponenta.

Dakle, prosječna vrijednost (DC komponenta) napona (struje) niza pravokutnih impulsa u q puta manji od amplitude pulsa.

· Prosječna snaga impulsnog niza. Pulsna energija W , vezano uz razdoblje T i , određuje prosječnu snagu impulsa

…………………………….. (1.22).

Usporedba izraza R i I R usp , dobivamo

R i τ i = R cf T i ,

odakle slijedi

…………………(1.23)

I

……………………. (1.24),

oni. razlikuju se prosječna snaga i snaga po impulsu q jednom.

Iz toga slijedi da impulsna snaga koju daje generator može q puta prosječna snaga generatora.

Zadaci i vježbe

1. Amplituda impulsa je 11 kV, trajanje impulsa je 1 μs. Odredite strminu fronte impulsa, ako smatramo da je trajanje fronte jednako 20% trajanja impulsa.

2. Amplituda pravokutnih impulsa s brzinom ponavljanja od 1250 Hz i radnim ciklusom od 2300 je 11 kV. Odredite strminu porasta i pada, ako smatramo da je trajanje porasta i pada jednako 20% trajanja pulsa.

3. Odredite vremensku konstantu kruga koji se sastoji od kondenzatora kapaciteta 5000 pF i aktivnog otpora 0,5 MΩ.

4. Odredite vremensku konstantu kruga koji se sastoji od induktiviteta od 20 mH i otpora od 5 kΩ.

5. Odrediti prosječnu snagu radioodašiljača radara, koji ima sljedeće opcije: pulsna snaga 800 kW; trajanje sondirajućeg pulsa 3,2 μs; brzina ponavljanja sondirajućih impulsa je 375 Hz.

6. Kondenzator od 400 pF puni se iz izvora istosmjernog napona od 200 V kroz otpor od 0,5 MΩ. Odredite napon na kondenzatoru 600 µs nakon početka punjenja.

7. Istosmjerni izvor napona 50 V spojen je na strujni krug koji se sastoji od kondenzatora kapaciteta 10 pF i otpora 2 MΩ. Odredite jakost struje u trenutku uključivanja i 40 μs nakon uključenja.

8. Kondenzator nabijen na napon 300 V prazni se kroz otpor 300 MΩ. Odredite veličinu struje pražnjenja kroz vrijeme t = 3τ nakon početka pražnjenja.

9. Koliko će vremena trebati da se napuni kondenzator od 100 pF do napona od 340 V ako je napon izvora 540 V, a otpor kruga punjenja 100 kOhm?

10. Strujni krug koji se sastoji od induktiviteta 10 mH i otpora 5 kΩ spojen je na izvor konstantnog napona 250 V. Odredite struju koja teče u krugu 4 µs nakon uključivanja.

2. Poglavlje

Linearni i nelinearni sklopovi

U tehnologiji impulsa naširoko se koriste sklopovi i uređaji koji generiraju napone jednog oblika iz napona drugog. Takvi se problemi rješavaju uz pomoć linearnih i nelinearnih elemenata.

Element čiji parametri (otpor, induktivitet, kapacitet) ne ovise o veličini i smjeru struja i primijenjenih napona naziva se linearnim. Krugovi koji sadrže linearne elemente nazivaju se

linearni.

Svojstva linearnih krugova:

· Volt-amperske karakteristike(VAC) linearnog kruga je ravna linija, tj. vrijednosti struja i napona bit će međusobno povezane linearnim jednadžbama s konstantnim koeficijentima. Primjer CVC-a ove vrste je Ohmov zakon: .

· Za proračun (analizu) i sintezu linearnih sklopova primjenjiv je princip superpozicije (prekrivanja). Smisao principa superpozicije je sljedeći: ako se primijeni ulaz linearnog sklopa sinusni napon, tada će napon na bilo kojem od njegovih elemenata imati isti oblik. Ako je ulazni napon kompleksan signal (to jest, on je zbroj harmonika), tada su sve harmonijske komponente ovog signala sačuvane na bilo kojem elementu linearnog kruga: drugim riječima, očuvan je oblik napona koji se primjenjuje na ulaz. U tom će se slučaju na izlazu linearnog kruga promijeniti samo omjer harmonijskih amplituda.

· Linearni krug ne transformira spektar električnog signala. Može mijenjati komponente spektra samo u amplitudi i fazi. Ovo je uzrok linearna distorzija .

· Svaki stvarni linearni krug iskrivljuje valni oblik zbog prijelaznih pojava i ograničene propusnosti.

Strogo govoreći, svi elementi električnih krugova su nelinearni. Međutim, u određenom rasponu vrijednosti varijabli nelinearnost elemenata se toliko malo očituje da se praktički može zanemariti. Primjer je radiofrekvencijsko pojačalo (URCH) radioprijemnika, na čiji se ulaz iz antene dovodi signal vrlo male amplitude.

Nelinearnost ulazne karakteristike tranzistora u prvom stupnju URF-a je toliko mala unutar nekoliko mikrovolta da se jednostavno ne uzima u obzir.

Obično je područje nelinearnog ponašanja elementa ograničeno, a prijelaz na nelinearnost može se dogoditi postupno ili naglo.

Ako se na ulaz linearnog kruga primijeni složeni signal, koji je zbroj harmonika različitih frekvencija, a linearni krug sadrži element ovisan o frekvenciji ( L ili C ), tada oblik napona na njegovim elementima neće ponoviti oblik ulaznog napona. To je zato što se harmonici ulaznog napona drugačije propuštaju kroz takav krug. Kao rezultat prolaska ulaznog signala kroz kapacitivnosti i induktivnosti kruga, omjeri između harmoničkih komponenti na elementima kruga mijenjaju se po amplitudi i fazi u odnosu na ulazni signal. Kao rezultat toga, omjeri između amplituda i faza harmonika na ulazu u krug i na njegovom izlazu nisu isti. Ovo svojstvo je osnova za formiranje impulsa pomoću linearnih krugova.

Element čiji parametri ovise o veličini i polaritetu primijenjenih napona ili struja koje teku naziva se nelinearni , a lanac koji sadrži takve elemente naziva se nelinearni .

Nelinearni elementi uključuju elektrovakuumske uređaje (EVD), poluvodički uređaji(PPP) koji rade u nelinearnom dijelu CVC, diode (vakuumske i poluvodičke), kao i transformatore s feromagnetima.

Svojstva nelinearnih sklopova:

· Struja koja teče kroz nelinearni element nije proporcionalna naponu koji se na njega dovodi, tj. odnos između napona i struje (VAC) je nelinearan. Primjer takvog CVC-a su ulazne i izlazne karakteristike EVP-a i PPP-a.

Procesi koji se odvijaju u nelinearnim krugovima opisuju se nelinearnim jednadžbama drugačija vrsta, čiji koeficijenti ovise o samoj naponskoj (strujnoj) funkciji ili o njezinim derivatima, a CVC nelinearnog kruga ima oblik krivulje ili isprekidane linije. Primjer su karakteristike dioda, trioda, tiristora, zener dioda itd.

· Za nelinearne sklopove princip superpozicija nije primjenjiv. Kada se vanjski signal primijeni na nelinearne krugove, u njima se uvijek pojavljuju struje koje sadrže nove frekvencijske komponente koje nisu bile u ulaznom signalu. Ovo je uzrok

nelinearna distorzija , što rezultira nelinearnim izlaznim signalom

krug uvijek se razlikuje po obliku od ulaznog signala.

Diferencirajući krugovi

Da bi se iz zadanog oblika napona pomoću pasivnog električnog kruga dobio impuls željenog oblika, potrebno je poznavati svojstva oblikovanja tog kruga. Svojstva oblikovanja karakteriziraju sposobnost linearnog kruga da promijeni oblik odaslanog (obrađenog) signala na određeni način i potpuno su određena vrstom njegove frekvencije i vremena s x karakteristike.

U pulsnoj tehnologiji, linearne mreže s dva i četiri terminala široko se koriste za formiranje signala.

diferencirajući Poziva se krug na čijem je izlazu napon proporcionalan prvoj derivaciji ulaznog napona. Matematički se to izražava sljedećom formulom:

………………………. (2.1),

Gdje Ušao si - napon na ulazu diferencirajućeg kruga;

U van- napon na izlazu diferencirajućeg kruga;

k - koeficijent proporcionalnosti.

Diferencirajući krugovi (DC) koriste se za razlikovanje video impulsa. U ovom slučaju diferencirajući krugovi dopuštaju sljedeće transformacije:

skraćivanje pravokutnih videoimpulsa i formiranje iz njih šiljastih impulsa koji služe za okidanje i sinkronizaciju različitih impulsnih uređaja;

Dobivanje vremenskih izvodnica složenih funkcija. Ovo se koristi u mjernoj tehnologiji, sustavima za autoregulaciju i automatsko praćenje;

Formiranje pravokutnih impulsa od pilastih.

Najjednostavniji diferencirajući krugovi su kapacitivni ( RC ) i induktivni ( RL ) lanci (sl.2.1):

sl.2.1. Vrste diferencirajućih krugova:

A) kapacitivni DC; b) induktivni DC

Pokažimo to RC - lanac pod određenim uvjetima postaje diferencirajući.

Poznato je da je struja koja teče kroz kapacitivnost određena izrazom:

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

U isto vrijeme, sa sl. 2.1, A očito je da

jer R I C su razdjelnik napona. Budući da napon

, To .

Izlazni napon

………………….... (2.3).

Zamjenom izraza (2.2) u (2.3) dobivamo:

……………… (2.4).

Odaberemo li dovoljno malu vrijednost R tako da stanje

tada dobivamo približnu jednakost

……………………….. (2.5).

Ova jednakost je identična (2.1).

Odaberite R dovoljno mala veličina- to znači osigurati ispunjenje nejednakosti

Gdje ω in = 2πf in je gornja granična frekvencija harmonika izlaznog signala, koja je još uvijek značajna za oblik izlaznog impulsa.

Faktor proporcionalnosti u izrazu (2.1) k = RC = τ Zove se vremenska konstanta diferencirajući krug. Što se oštrije mijenja ulazni napon, to je vrijednost manja τ mora imati diferencirajući krug tako da je izlazni napon po obliku blizak izvodnici od Ušao si . Parametar τ=RC ima dimenziju vremena. To se može potvrditi činjenicom da je, u skladu s Međunarodnim sustavom jedinica (SI), jedinica za električni otpor

a mjerna jedinica električni kapacitet

Stoga,

Princip rada diferencirajućeg kruga.

kružni dijagram kapacitivni diferencirajući krug prikazan je na sl. 2.2, a naponski dijagrami - na sl. 2.3.

sl.2.2. Shematski dijagram kapacitivnog diferencirajućeg kruga

Neka se na ulaz dovede idealni pravokutni impuls za koji

τ f = τ s = 0, A unutarnji otpor izvor signala R i = 0 .Neka je impuls određen sljedećim izrazom:

Početno stanje kruga (t< t 1).

U izvornom stanju Ušao si = 0; U c = 0; ja s = 0; U van = 0.

Prvi udar struje (t = t 1).

U trenutku t \u003d t 1, skok napona se primjenjuje na DC ulaz

U u = E. U ovom trenutku U c \u003d 0 , jer za beskonačno mali vremenski period, kapacitet se ne može puniti. Ali, sukladno zakonu sklopke, struja kroz kapacitivnost može trenutno porasti. Stoga će u trenutku t \u003d t 1 struja koja teče kroz kapacitet biti jednaka

Stoga će napon na izlazu kruga u ovom trenutku biti jednak

Naboj kondenzatora (t 1< t < t 2).

Nakon skoka počinje punjenje kondenzatora strujom koja se smanjuje prema eksponencijalnom zakonu:

sl.2.3. Prikazi napona na elementima diferencirajućeg strujnog kruga

Napon na kondenzatoru će rasti eksponencijalno

…………………… (2.6).

Istosmjerni izlazni napon će padati kako napon raste.

naboj na kondenzatoru, jer R I C su razdjelnik napona:

…………. (2.7).

Mora se imati na umu da u bilo kojem trenutku za razdjelnik napona, jednakost

odakle slijedi da

što potvrđuje valjanost izraza (2.7).

Teoretski, punjenje kondenzatora će se nastaviti neograničeno dugo, ali u praksi ovaj prijelazni proces završava nakon

(3…5)τ naboj = (3…5)RC .

Kraj napunjenosti kondenzatora (t \u003d t 2).

Nakon završetka prijelaznog procesa struja punjenja kondenzatora postaje nula. Zbog toga napon na izlazu diferencirajućeg kruga

dostiže gotovo nultu vrijednost, tj. u trenutku t = t 2

Stacionarno stanje (t 2< t < t 3).

pri čemu

Drugi skok napona (t = t 3).

U trenutku u vremenu t = t3 napon na ulazu diferencirajućeg kruga naglo pada na nulu. Kondenzator C postaje izvor napetosti, tk. naplaćuje se do točke .

Budući da se, sukladno zakonu sklopke, napon na kondenzatoru ne može naglo promijeniti, a struja koja teče kroz kapacitet može se naglo promijeniti, tada se u trenutku t = t3 izlazni napon naglo pada na – E . U tom slučaju struja pražnjenja u određenom trenutku postaje maksimalna:

a napon na izlazu diferencirajućeg kruga

Izlazni napon ima znak minus, jer struja je promijenila smjer.

Pražnjenje kondenzatora (t 3< t < t 4).

Nakon drugog skoka, napon na kondenzatoru počinje eksponencijalno padati:

;

;

Završetak pražnjenja kondenzatora i vraćanje u početno stanje kruga (t≥ t4).

Nakon završetka prijelaznog pražnjenja kondenzatora

Tako se krug vratio u prvobitno stanje. Kraj pražnjenja kondenzatora događa se gotovo u t = (3…5)τ = (3…5) RC.

Pošto smo uzeli unutarnji otpor izvora signala R i = 0, tada možemo pretpostaviti da su vremenske konstante krugova punjenja i pražnjenja kondenzatora τ naboj = τ puta = τ =RC .

U takvom idealnom krugu amplituda izlaznog napona U van. m ah ne ovisi o vrijednosti parametara sklopa R I C , a trajanje impulsa na izlazu određeno je vrijednošću vremenske konstante sklopa τ=RC . Kako manje vrijednosti R I C , što su prijelazni procesi punjenja i pražnjenja kraja kapacitivnosti brži, to je impuls na izlazu sklopa kraći.

Teoretski, trajanje impulsa na izlazu diferencirajućeg kruga, određeno bazom, pokazuje se beskonačno dugim, budući da napon na izlazu eksponencijalno opada. Stoga se trajanje pulsa određuje na određenoj razini od baze

U 0 = αU van (sl.2.4):

sl.2.4. Određivanje trajanja pulsa na razini U 0 nakon

diferencijacija

Odredimo trajanje diferenciranog pulsa na razini

U 0 = αU van :

………………. (2.8),

gdje I ……………………… (2.9).

Diferencijaciju uvijek prati skraćenje trajanja pulsa. To znači da kapacitet C treba imati vremena da se u potpunosti napuni tijekom strujnog ulaznog diferencijabilnog impulsa. Stoga je uvjet praktičnog razlikovanja u cilju skraćivanja trajanja impulsa omjer:

τ i in > 5τ = 5RC.

Manje τ strujnog kruga, što se kondenzator brže puni i prazni i što je kraće trajanje izlaznih impulsa, oni postaju oštriji i, prema tome, točnija je diferencijacija. Međutim, smanjite τ primjeren do određene granice.

Promjena oblika impulsa na izlazu diferencirajućeg kruga može se objasniti pomoću spektralne analize.

Svaki harmonik ulaznog impulsa podijeljen je između R I C . Za harmonike niske frekvencije, koji određuju vrh ulaznog impulsa, kondenzator predstavlja veliki otpor, jer

>> R .

Stoga se ravni vrh ulaznog impulsa gotovo ne prenosi na izlaz.

Za visokofrekventne komponente ulaznog impulsa, koje tvore njegovu frontu i režu,

<< R .

Stoga se front i rub ulaznog impulsa prenose na izlaz gotovo bez slabljenja. Ova razmatranja omogućuju nam da definiramo diferencirajući lanac kao visokopropusni filter .