Qual è l'effetto stimolante delle correnti impulsive. Impulsi elettrici e loro parametri

Un tipico esempio di impulsi rettangolari sono i segnali telegrafici e dati primari, chiamati anche impulsi. corrente continua. Hanno la forma di sequenze di impulsi rettangolari a due o unipolari (Fig. 6.1, a).

Troviamo lo spettro di una sequenza periodica di impulsi unipolari di periodo e ampiezza UQ. Tale sequenza può essere rappresentata come una serie di Fourier:

dove è la frequenza di ripetizione circolare o la prima armonica (componente spettrale) del segnale

Riso. 6.1 Sequenza di impulsi (a) e relativo spettro (b)

I coefficienti determinano il cosiddetto spettro delle ampiezze e lo spettro delle fasi. In cui

dove è il duty cycle della sequenza di impulsi. La componente costante o il valore medio del segnale nel periodo Lo spettro delle ampiezze per il caso è mostrato in fig.

Lo spettro di una sequenza periodica di impulsi unipolari a contiene, oltre alla componente costante, componenti con frequenze, ecc. La differenza tra queste componenti spettrali (all'aumentare di T, anche le componenti stesse diminuiscono in ampiezza. A , il segnale diventa non -periodico, e lo spettro diventa continuo.Invece del concetto di spettro di ampiezza, viene introdotto il concetto di densità spettrale.La densità spettrale è definita come il rapporto tra "l'ampiezza della componente spettrale" e una banda di frequenza infinitamente piccola ed è calcolato attraverso l'integrale di Fourier:

dove è la densità spettrale delle ampiezze; - spettro di fase.

Conoscere può essere trovato usando la trasformata di Fourier inversa:

La densità spettrale delle ampiezze di un singolo impulso rettangolare, fino a un fattore, è mostrata dalla linea tratteggiata in Fig.

Lo spettro di una sequenza periodica di impulsi e di un singolo impulso contiene componenti con una frequenza da 0 a infinito, cioè è infinito. Se una sequenza di impulsi rettangolari viene trasmessa su un canale di comunicazione che attraversa sempre solo uno spettro limitato, la forma d'onda all'uscita del canale cambia. La forma d'onda può essere determinata utilizzando la trasformata di Fourier inversa (6.6).

In pratica, l'ampiezza dello spettro del segnale è solitamente intesa come l'intervallo di frequenze in cui è concentrata l'energia principale del segnale. In questo caso viene introdotto il concetto di ampiezza effettiva dello spettro del segnale. Sulla fig. - questa è la gamma di frequenza da 0 a dove è concentrato circa il 90% dell'energia del segnale. Ciò significa che minore è la durata dell'impulso (maggiore è la velocità telegrafica), più ampio è lo spettro. In particolare, un impulso infinitamente breve ha uno spettro infinitamente esteso con una densità uniforme. Pertanto, una trasmissione a velocità più elevata richiede canali a larghezza di banda maggiore.

Per una data durata di un singolo elemento, allora lo spettro del segnale trasmesso è influenzato da due fattori. Uno è la forma dell'impulso, che deve essere scelta con cura per ottenere un buon spettro di segnale (compatto). Un altro fattore è la natura della sequenza digitale trasmessa, cioè lo spettro dipende dalle caratteristiche statistiche della sequenza trasmessa e lo spettro può essere modificato ricodificandolo.

Per valutare la distorsione degli impulsi CC causata dal clipping dello spettro, si consideri il passaggio di un impulso attraverso un filtro passa-basso ideale (LPF). Come azione di input, usiamo la funzione step

presentato graficamente in fig. 6.2. La scelta di tale azione di input è dovuta al fatto che, in primo luogo, il suo utilizzo semplifica i calcoli matematici e, in secondo luogo, un singolo impulso rettangolare di durata finita può essere rappresentato come una sequenza di due singoli salti di tensione segno opposto, spostato nel tempo di una quantità pari alla durata dell'impulso (Fig. 6.3).

Riso. 6.2 Funzione passo

Riso. 6.3. Rappresentazione di un singolo impulso

Riso. 6.4. Caratteristiche di un filtro passa-basso ideale

E, infine, conoscendo le caratteristiche del processo che si sta instaurando sotto l'influenza di un singolo salto, utilizzando il teorema di convoluzione, si può trovare il processo che si sta instaurando per una forma arbitraria di azione .

Lascia che l'ingresso di un filtro passa-basso ideale con una frequenza di taglio abbia le caratteristiche di ampiezza e frequenza di fase di cui hanno la forma (Fig. 6.4):

dove è il tempo di gruppo del passaggio del filtro, nel momento in cui viene applicato il segnale (6.7), che può essere rappresentato nella forma

Per ottenere un segnale all'uscita del filtro passa-basso, moltiplichiamo tutte le componenti del segnale di ingresso per il modulo del guadagno del filtro e sottraiamo lo sfasamento ad ogni frequenza dall'argomento seno:

Sostituendo in (6.9) il valore del coefficiente di trasferimento da (6.8), otteniamo

PULSE ELECTRIC, brusco cambiamento a breve termine tensione elettrica o forza attuale. Un impulso di corrente o tensione elettrica (principalmente della stessa polarità), avente una componente costante e non contenente oscillazioni RF, è chiamato impulso video. In base alla natura del cambiamento nel tempo, si distinguono impulsi video di forme rettangolari, a dente di sega, trapezoidali, a campana, esponenziali e di altro tipo (Fig. 1, a-d). Un vero impulso video può avere una forma piuttosto complessa (Fig. 2), caratterizzata da ampiezza A, durata τ I (contata a un livello predeterminato, ad esempio 0,1 A o 0,5 A), tempo di salita τ F e decadimento τ C (contato tra 0,1 A e 0,9 A), bevel di picco ΔA (espresso come percentuale di A). Gli impulsi video rettangolari sono i più ampiamente utilizzati, sulla base dei quali si formano segnali di sincronizzazione, controllo e informazione nella tecnologia informatica, radar, televisione, trasmissione digitale e sistemi di elaborazione delle informazioni, ecc. Gli impulsi video a dente di sega e esponenziali sono utilizzati, ad esempio, in sistemi di scansione per televisori, indicatori radar, oscilloscopi , nonché nella formazione di segnali radar complessi con modulazione di frequenza intra-impulso. La durata degli impulsi video varia da frazioni di secondo a decimi di nanosecondo.

Oltre a flussi temporali singoli e irregolari di impulsi elettrici, nella pratica vengono utilizzate sequenze periodiche, che sono inoltre caratterizzate da un periodo T o da una frequenza di ripetizione f=T -1 . Un parametro importante sequenza periodica di impulsi elettrici è il duty cycle (il rapporto tra il periodo di ripetizione degli impulsi e la loro durata). Secondo la distribuzione di frequenza, gli impulsi elettrici sono caratterizzati da uno spettro, che si ottiene espandendo la funzione del tempo che esprime l'impulso elettrico in una serie di Fourier (per una sequenza periodica di impulsi identici) o un integrale di Fourier (per singoli impulsi).

Gli impulsi elettrici, che sono oscillazioni HF o microonde limitate nel tempo (intermittenti), il cui inviluppo ha la forma di un impulso video (Fig. 1, e), sono chiamati impulsi radio. La durata e l'ampiezza degli impulsi radio corrispondono ai parametri degli impulsi video modulanti; un parametro aggiuntivo è la frequenza portante. Gli impulsi radio sono utilizzati principalmente nei dispositivi radio e di comunicazione; la loro durata varia da frazioni di secondo a diversi nanosecondi.

Lett.: Erofeev Yu N. Dispositivi a impulsi. 3a ed. M., 1989; Brammer Yu. A., Pashchuk nella tecnica dell'impulso. M., 2005.

impulso elettrico, variazione a breve termine della tensione o della corrente elettrica. Un breve periodo di tempo si intende paragonabile alla durata processi transitori nei circuiti elettrici . Cioè. diviso in impulsi ad alta tensione, impulsi di corrente grande forza, impulsi video e impulsi radio. Cioè. le tensioni elevate si ottengono solitamente quando un condensatore viene scaricato su un carico attivo e hanno una forma aperiodica. Le scariche di fulmini di solito hanno la stessa forma. Singolo I. e. forma simile con un'ampiezza di diversi mq. fino a diversi MV con fronte d'onda 0,5-2 microsec e durata 10-10 -2 microsec utilizzato nei test dispositivi elettrici e attrezzature in ingegneria alta tensione. I picchi di corrente di grande forza nella forma possono essere simili a I. e. alta tensione (cfr Tecnica dell'impulso alte tensioni).

Gli impulsi video sono chiamati I. e. corrente o tensione (principalmente della stessa polarità) avente una componente costante diversa da zero. Esistono impulsi video rettangolari, a dente di sega, trapezoidali, esponenziali, a campana e altri ( riso. 1 , anno Domini). Elementi caratteristici che determinano la forma e i parametri quantitativi dell'impulso video ( riso. 2 ) sono l'ampiezza A, il fronte t f, la durata t i, il declino t s e lo smusso della sommità (D A), solitamente espressi in % di A. Una sequenza periodica di impulsi video è caratterizzata da una frequenza di ripetizione e duty cycle ( il rapporto tra il periodo di ripetizione e la durata di I. e.) . Durata degli impulsi video - dalle condivisioni sec fino ai decimi n.s (10 -9 sec). Gli impulsi video sono utilizzati in televisione, tecnologia informatica, radar, fisica sperimentale, automazione, ecc.

Le oscillazioni intermittenti RF o microonde sono chiamate impulsi radio. corrente elettrica o tensione ( riso. 1 , e), la cui ampiezza e durata dipendono dai parametri delle oscillazioni modulanti. La durata e l'ampiezza degli impulsi radio corrispondono ai parametri degli impulsi video modulanti; parametro aggiuntivo - frequenza portante. Gli impulsi radio sono utilizzati principalmente nell'ingegneria radio e nella tecnologia delle comunicazioni. La durata degli impulsi radio è nell'intervallo delle frazioni sec Prima n.s

Illuminato.: Itshoki Ya. S., Dispositivi a impulsi, M., 1959; Fondamenti di tecnologia ad impulsi, M., 1966; Brammer Yu. A., Pashchuk I. N., Pulse technology, 2a ed., M., 1968.

Grande enciclopedia sovietica M .: "Enciclopedia sovietica", 1969-1978

Sotto impulso elettrico comprendere la deviazione della tensione o della corrente da un certo livello costante (in particolare da zero), osservata per un tempo inferiore o paragonabile alla durata dei transitori nel circuito.

Come già accennato, il processo di transizione è inteso come qualsiasi brusco cambiamento nello stato stazionario in circuito elettrico dovuto all'azione di segnali esterni o alla commutazione all'interno del circuito stesso. Pertanto, il processo transitorio è il processo di transizione di un circuito elettrico da uno stato stazionario a un altro. Non importa quanto breve sia questo processo di transizione, è sempre finito nel tempo. Per circuiti in cui il tempo di esistenza del processo transitorio è incomparabilmente inferiore al tempo del segnale esterno (tensione o corrente), la modalità operativa è considerata stabile e il segnale esterno stesso per tale circuito non è pulsato. Un esempio di ciò è il funzionamento di un relè elettromagnetico.

Quando la durata dei segnali di tensione o di corrente agenti nel circuito elettrico diventa commisurata alla durata dei processi di instaurazione, il processo transitorio ha un'influenza così forte sulla forma e sui parametri di questi segnali che non possono essere ignorati. In questo caso, il più delle volte il segnale che interessa il circuito elettrico coincide con il tempo di esistenza del processo transitorio (Fig. 1.4). La modalità di funzionamento del circuito durante l'azione di tale segnale sarà non stazionaria e il suo effetto sul circuito elettrico sarà pulsato.

Fig.1.4. Relazione tra durata del segnale e durata

processo di transizione:

UN) la durata del processo transitorio è molto inferiore alla durata

segnale ( τ pp<< t );

B) la durata del processo transitorio è commisurata alla durata

segnale ( τ pp ≈ t ).

Ne consegue che il concetto di impulso è associato ai parametri di un particolare circuito e che non per nessun circuito un segnale può essere considerato impulso.

Così, Un impulso elettrico per un dato circuito è una tensione o corrente che agisce per un periodo di tempo commisurato alla durata del processo transitorio in questo circuito. In questo caso, si presume che ci debba essere un intervallo di tempo sufficiente tra due impulsi consecutivi nel circuito, superiore alla durata del processo di costituzione. Altrimenti, al posto degli impulsi appariranno segnali di forma complessa (Fig. 1.5).

Fig.1.5. Segnali elettrici di forma complessa

La presenza di intervalli temporali conferisce al segnale impulsivo una caratteristica struttura discontinua. Una certa convenzionalità di tali definizioni risiede nel fatto che il processo di costituzione dura teoricamente indefinitamente.

Potrebbero esserci casi intermedi in cui i processi transitori nei circuiti non hanno il tempo di terminare praticamente da impulso a impulso, sebbene i segnali operativi continuino a essere chiamati pulsati. In tali casi, ci sono ulteriori distorsioni nella forma degli impulsi causate dalla sovrapposizione del processo transitorio all'inizio dell'impulso successivo.

Esistono due tipi di impulsi: impulsi video E impulsi radio . Gli impulsi video si ottengono quando si commuta (commutazione) il circuito CC. Tali impulsi non contengono oscillazioni ad alta frequenza e hanno una componente costante (valore medio) diversa da zero.

Gli impulsi video si distinguono solitamente per la loro forma. Sulla fig. 1.6. vengono mostrati gli impulsi video più comuni.

Riso. 1.6. Forme di impulsi video:

UN) rettangolare; B) trapezoidale; V) appuntito;

G) dente di sega; e) triangolare; e) bipolare.

Considera i parametri principali di un singolo impulso (Fig. 1.7).

Riso. 1.7. Parametri del singolo impulso

La forma degli impulsi e le proprietà delle sue singole sezioni sono valutate quantitativamente dai seguenti parametri:

· Um è l'ampiezza (valore massimo) dell'impulso. Ampiezza dell'impulso Ehm (io sono) espresso in volt (ampere).

· t e - durata dell'impulso. Tipicamente, vengono effettuate misurazioni della durata degli impulsi o delle singole sezioni un certo livello dalla loro fondazione. Se questo non è specificato, la durata dell'impulso viene determinata al livello zero. Tuttavia, molto spesso la durata dell'impulso è determinata a livello 0,1U m O 0,5U m contare dalla base. In quest'ultimo caso, viene chiamata la durata dell'impulso attivo durata e denotato τia . Se necessario, ea seconda della forma degli impulsi, vengono specificati i valori accettati dei livelli per la misurazione.

· τ f è il tempo di salita, determinato dal tempo di salita dell'impulso dal livello 0,1U m livellare 0,9U m .

· τs è la durata del cutoff (fronte di discesa), determinata dal tempo di decadimento dell'impulso dal livello 0,9U m livellare 0,1U m . Quando il tempo di salita o discesa viene misurato al livello 0,5U m , è chiamata durata attiva ed è denotata dall'aggiunta dell'indice "UN" simile all'ampiezza dell'impulso attivo. Generalmente τ f E τs è una piccola percentuale della durata dell'impulso. Il meno τ f E τs paragonato a t e , più la forma dell'impulso si avvicina a quella rettangolare. A volte invece τ f E τs i fronti del polso caratterizzano la velocità di salita (caduta). Questo valore è chiamato pendenza (S) del fronte (cutoff) ed espresso in volt al secondo (IN/Con) o kilovolt al secondo (kV/Con) . Per un'onda quadra

………………………………(1.14).

· Il segmento di quantità di moto tra i fronti è chiamato flat top. La Figura 1.7 mostra il declino di una sommità piatta (ΔU) .

· Potenza in un impulso. Energia W L'impulso diviso per la sua durata determina la potenza nell'impulso:

………………………………(1.15).

Si esprime in watt. (W) , kilowatt (kW) o unità piatte

za watt.

I dispositivi a impulsi utilizzano impulsi che hanno durate da frazioni di secondo a nanosecondi. (10 - 9 secondi) .

Le sezioni caratteristiche del polso (Fig. 1.8), che ne determinano la forma,

Sono:

davanti (1 - 2);

superiore (2 - 3);

fetta (3 - 4), a volte chiamata bordo d'uscita;

coda (4 - 5).

Fig.1.8. Sezioni caratteristiche del polso

Possono essere assenti singole sezioni di impulsi di varie forme. Va tenuto presente che i veri impulsi non hanno una forma strettamente corrispondente al nome. Distinguere gli impulsi di polarità positiva e negativa, nonché gli impulsi bilaterali (opposti).

(Fig. 1.6, e).

Gli impulsi radio sono impulsi di tensione ad alta frequenza o oscillazioni di corrente, solitamente di forma sinusoidale. Gli impulsi radio non hanno una componente costante. Gli impulsi radio si ottengono modulando in ampiezza le oscillazioni sinusoidali ad alta frequenza. In questo caso, la modulazione di ampiezza viene eseguita secondo la legge dell'impulso video di controllo. Le forme dei corrispondenti impulsi radio ottenuti utilizzando la modulazione di ampiezza sono mostrate nelle Figg. 1.9:

Fig.1.9. Forme di impulsi radio

Vengono chiamati impulsi elettrici che si susseguono a intervalli regolari sequenza periodica (figura 1.10).

Fig.1.10. Treno di impulsi periodico

La sequenza periodica degli impulsi è caratterizzata dai seguenti parametri:

・Periodo di ricorrenza Ti è l'intervallo di tempo tra l'inizio di due impulsi unipolari adiacenti. Si esprime in secondi (Con) o sub-secondi (ms; µs; ns). Il reciproco del periodo di ripetizione è chiamato frequenza di ripetizione (seguimento) degli impulsi. Definisce il numero di impulsi in un secondo ed è espresso in Hertz. (Hz) , kilohertz (kHz) eccetera.

……………………………….. (1.16)

· Duty cycle di una sequenza di impulsi è il rapporto tra il periodo di ripetizione e la durata dell'impulso. Indicato per lettera Q :

………………… (1.17)

Il duty cycle è una grandezza adimensionale che può variare in un intervallo molto ampio, poiché la durata degli impulsi può essere centinaia o addirittura migliaia di volte inferiore al periodo dell'impulso o, al contrario, occupare la maggior parte del periodo.

Il reciproco del ciclo di lavoro è chiamato ciclo di lavoro. Questo valore è adimensionale, inferiore all'unità. È contrassegnato dalla lettera γ :

…………………………(1.18)

Sequenza di impulsi con q = 2 chiamato "meandro" . Come

sequenze (figura 1.6, e). Se T io >> τ e , allora viene chiamata una tale sequenza radar.

· Il valore medio (componente costante) della fluttuazione dell'impulso. Quando si determina il valore medio della fluttuazione dell'impulso per il periodo U cf (o io cf) l'impulso di tensione o corrente è distribuito uniformemente sull'intero periodo in modo che l'area U cf T i era uguale all'area dell'impulso S e = U m τ e (figura 1.10).

Per impulsi di qualsiasi forma, il valore medio è determinato dall'espressione

……………………(1.19),

dove U(t) è un'espressione analitica per la forma dell'impulso.

Per un treno periodico di impulsi rettangolari, per cui U(t) = Um , periodo di ripetizione Ti e la durata dell'impulso t e , questa espressione dopo sostituzione e trasformazione assume la forma:

…………………….(1.20).

Dalla fig. 1.10 lo dimostra S e = U m τ e = U cf T i , da cui segue:

……………(1.21),

Dove U0 si chiama componente costante.

Pertanto, il valore medio (componente CC) della tensione (corrente) di una sequenza di impulsi rettangolari in Q volte inferiore all'ampiezza dell'impulso.

· Potenza media del treno di impulsi. Energia pulsata W , relativo al periodo Ti , determina la potenza media dell'impulso

…………………………….. (1.22).

Espressioni a confronto R e E R cfr , noi abbiamo

R e τ i = R cfr T i ,

donde segue

…………………(1.23)

E

……………………. (1.24),

quelli. la potenza media e la potenza per impulso differiscono in Q una volta.

Ne consegue che la potenza dell'impulso fornita dal generatore può Q volte la potenza media del generatore.

Compiti ed esercizi

1. L'ampiezza dell'impulso è di 11 kV, la durata dell'impulso è di 1 μs. Determinare la pendenza del fronte dell'impulso, considerando la durata del fronte pari al 20% della durata dell'impulso.

2. L'ampiezza degli impulsi rettangolari con una frequenza di ripetizione di 1250 Hz e un ciclo di lavoro di 2300 è di 11 kV. Determina la pendenza della salita e della discesa, se consideriamo la durata della salita e della discesa pari al 20% della durata dell'impulso.

3. Determinare la costante di tempo del circuito costituito da un condensatore con una capacità di 5000 pF e una resistenza attiva di 0,5 MΩ.

4. Determinare la costante di tempo del circuito, costituita da un'induttanza di 20 mH e una resistenza di 5 kΩ.

5. Determinare la potenza media del trasmettitore radio del radar, che ha seguenti opzioni: potenza impulsiva 800 kW; durata dell'impulso di sondaggio 3,2 μs; la frequenza di ripetizione degli impulsi di sondaggio è di 375 Hz.

6. Un condensatore da 400 pF viene caricato da una sorgente di tensione a 200 V CC attraverso una resistenza da 0,5 MΩ. Determinare la tensione ai capi del condensatore 600 µs dopo l'inizio della carica.

7. Una sorgente CC con una tensione di 50 V è collegata a un circuito costituito da un condensatore con una capacità di 10 pF e una resistenza di 2 MΩ Determinare la corrente al momento dell'accensione e 40 μs dopo l'accensione.

8. Un condensatore caricato a una tensione di 300 V viene scaricato attraverso una resistenza di 300 MΩ. Determina l'entità della corrente di scarica nel tempo t = 3τ dopo l'inizio dello scarico.

9. Quanto tempo ci vorrà per caricare un condensatore da 100 pF a una tensione di 340 V se la tensione della sorgente è di 540 V e la resistenza del circuito di carica è di 100 kOhm?

10. Un circuito costituito da un'induttanza di 10 mH e una resistenza di 5 kΩ è collegato a una sorgente di tensione costante di 250 V. Determinare la corrente che scorre nel circuito 4 µs dopo l'accensione.

capitolo 2

Circuiti lineari e non lineari

Nella tecnologia a impulsi, sono ampiamente utilizzati circuiti e dispositivi che generano tensioni di una forma dalla tensione di un'altra. Tali problemi vengono risolti con l'aiuto di elementi lineari e non lineari.

Un elemento i cui parametri (resistenza, induttanza, capacità) non dipendono dall'ampiezza e dalla direzione delle correnti e delle tensioni applicate è chiamato lineare.I circuiti contenenti elementi lineari sono chiamati

lineare.

Proprietà dei circuiti lineari:

· Caratteristiche voltampere(VAC) di un circuito lineare è una linea retta, cioè i valori di correnti e tensioni saranno interconnessi da equazioni lineari a coefficienti costanti. Un esempio di CVC di questo tipo è la legge di Ohm: .

· Per il calcolo (analisi) e la sintesi di circuiti lineari si applica il principio di sovrapposizione (overlay). Il significato del principio di sovrapposizione è il seguente: se viene applicato l'ingresso di un circuito lineare tensione sinusoidale, quindi la tensione su uno qualsiasi dei suoi elementi avrà la stessa forma. Se la tensione di ingresso è un segnale complesso (cioè è la somma delle armoniche), allora tutte le componenti armoniche di questo segnale vengono conservate su qualsiasi elemento del circuito lineare: in altre parole, la forma della tensione applicata all'ingresso è preservato. In questo caso, solo il rapporto delle ampiezze armoniche cambierà all'uscita del circuito lineare.

· Un circuito lineare non trasforma lo spettro del segnale elettrico. Può modificare le componenti dello spettro solo in ampiezza e fase. Questa è la causa di distorsione lineare .

· Qualsiasi circuito lineare reale distorce la forma d'onda a causa di transitori e larghezza di banda finita.

A rigor di termini, tutti gli elementi dei circuiti elettrici sono non lineari. Tuttavia, in un certo intervallo di valori variabili, la non linearità degli elementi si manifesta così poco che può essere praticamente trascurata. Un esempio è un amplificatore a radiofrequenza (URCH) di un ricevitore radio, al cui ingresso viene inviato dall'antenna un segnale di ampiezza molto piccola.

La non linearità della caratteristica di ingresso del transistor nel primo stadio dell'URF è così piccola entro pochi microvolt che semplicemente non viene presa in considerazione.

Di solito, l'area del comportamento non lineare di un elemento è limitata e la transizione alla non linearità può avvenire gradualmente o bruscamente.

Se un segnale complesso viene applicato all'ingresso di un circuito lineare, che è la somma di armoniche di diverse frequenze, e il circuito lineare contiene un elemento dipendente dalla frequenza ( l O C ), quindi la forma delle tensioni sui suoi elementi non ripeterà la forma della tensione di ingresso. Questo perché le armoniche della tensione di ingresso vengono fatte passare in modo diverso da un tale circuito. Per effetto del passaggio del segnale di ingresso attraverso le capacità e le induttanze del circuito, i rapporti tra le componenti armoniche sugli elementi circuitali cambiano in ampiezza e fase rispetto al segnale di ingresso. Di conseguenza, i rapporti tra le ampiezze e le fasi delle armoniche all'ingresso del circuito e alla sua uscita non sono gli stessi. Questa proprietà è la base per la formazione di impulsi utilizzando circuiti lineari.

Viene chiamato un elemento i cui parametri dipendono dall'ampiezza e dalla polarità delle tensioni o delle correnti applicate non lineare , e viene chiamata una catena contenente tali elementi non lineare .

Gli elementi non lineari includono dispositivi per elettrovuoto (EVD), dispositivi a semiconduttore(PPP) operanti nella sezione non lineare del CVC, diodi (vuoto e semiconduttore), nonché trasformatori con ferromagneti.

Proprietà dei circuiti non lineari:

· La corrente che attraversa un elemento non lineare non è proporzionale alla tensione ad esso applicata, cioè la relazione tra tensione e corrente (VAC) non è lineare. Un esempio di tale CVC sono le caratteristiche di input e output di EVP e PPP.

I processi che si verificano nei circuiti non lineari sono descritti da equazioni non lineari diverso tipo, i cui coefficienti dipendono dalla funzione tensione (corrente) stessa o dalle sue derivate, e la CVC di un circuito non lineare ha la forma di una curva o di una linea spezzata. Un esempio sono le caratteristiche di diodi, triodi, tiristori, diodi zener, ecc.

· Per i circuiti non lineari il principio delle sovrapposizioni non è applicabile. Quando un segnale esterno viene applicato a circuiti non lineari, in essi compaiono sempre correnti contenenti nuove componenti di frequenza che non erano nel segnale di ingresso. Questa è la causa di

distorsione non lineare , risultando in un segnale di uscita non lineare

circuito ha sempre una forma diversa dal segnale di ingresso.

Circuiti differenziali

Per ottenere un impulso della forma desiderata da una data forma di tensione utilizzando un circuito elettrico passivo, è necessario conoscere le proprietà di formazione di questo circuito. Le proprietà di formazione caratterizzano la capacità di un circuito lineare di modificare la forma del segnale trasmesso (elaborato) in un certo modo e sono completamente determinate dal tipo di frequenza e tempo S x caratteristiche.

Nella tecnologia a impulsi, le reti lineari a due e quattro terminali sono ampiamente utilizzate per formare segnali.

differenziante Viene chiamato un circuito, all'uscita del quale la tensione è proporzionale alla prima derivata della tensione di ingresso. Matematicamente, questo è espresso dalla seguente formula:

………………………. (2.1),

Dove Tu dentro - tensione all'ingresso del circuito differenziatore;

Tu fuori- tensione all'uscita del circuito differenziatore;

K - coefficiente di proporzionalità.

I circuiti di differenziazione (CC) vengono utilizzati per differenziare gli impulsi video. In questo caso, i circuiti differenziali consentono le seguenti trasformazioni:

accorciamento di impulsi video rettangolari e formazione di impulsi appuntiti da essi, che servono per attivare e sincronizzare vari dispositivi a impulsi;

Ottenere derivate temporali di funzioni complesse. Viene utilizzato nella tecnologia di misurazione, nei sistemi di autoregolazione e di tracciamento automatico;

Formazione di polsi rettangolari da quelli a dente di sega.

I circuiti di differenziazione più semplici sono capacitivi ( RC ) e induttivo ( RL ) catene (fig.2.1):

Fig.2.1. Tipi di circuiti differenziali:

UN) CC capacitivo; B) CC induttiva

Dimostriamolo RC - la catena in certe condizioni diventa differenziante.

È noto che la corrente che scorre attraverso la capacità è determinata dall'espressione:

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

Allo stesso tempo, dalla Fig. 2.1, UNè ovvio che

Perché R E C sono un partitore di tensione. Perché la tensione

, Quello .

Tensione di uscita

………………….... (2.3).

Sostituendo l'espressione (2.2) nella (2.3), otteniamo:

……………… (2.4).

Se scegliamo un valore sufficientemente piccolo R in modo che la condizione

quindi otteniamo l'uguaglianza approssimativa

……………………….. (2.5).

Questa uguaglianza è identica a (2.1).

Scegliere R Abbastanza taglia piccola- ciò significa assicurare il soddisfacimento della disuguaglianza

Dove ω in = 2πf in è la frequenza limite superiore dell'armonica del segnale di uscita, che è ancora significativa per la forma dell'impulso di uscita.

Fattore di proporzionalità nell'espressione (2.1) k = RC = τ è chiamato tempo costante circuito di differenziazione. Più bruscamente cambia la tensione di ingresso, minore è il valore τ deve avere un circuito di differenziazione in modo che la tensione di uscita sia di forma simile alla derivata di Tu dentro . Parametro τ=CA ha la dimensione del tempo. Ciò può essere confermato dal fatto che, in accordo con il Sistema Internazionale di Unità (SI), l'unità di resistenza elettrica è

e l'unità di misura della capacità elettrica

Quindi,

Il principio di funzionamento del circuito di differenziazione.

schema elettrico il circuito di differenziazione capacitivo è mostrato in Fig. 2.2 e i diagrammi di tensione - in Fig. 2.3.

Fig.2.2. Schema schematico di un circuito differenziatore capacitivo

Lascia che un impulso rettangolare ideale venga inviato all'ingresso, per il quale

τ f = τ s = 0, UN resistenza interna sorgente del segnale Ri = 0 .Lascia che la quantità di moto sia determinata dalla seguente espressione:

Lo stato iniziale del circuito (t< t 1).

Nello stato originale Tu dentro = 0; U c = 0; È = 0; Tu fuori = 0.

Prima sovratensione (t = t 1).

All'istante t \u003d t 1, viene applicato un salto di tensione all'ingresso CC

U in = E. In questo momento U c \u003d 0 , Perché per un periodo di tempo infinitamente piccolo, la capacità non può essere caricata. Ma, secondo la legge di commutazione, la corrente attraverso la capacità può aumentare istantaneamente. Pertanto, al momento t \u003d t 1, la corrente che scorre attraverso la capacità sarà uguale a

Pertanto, la tensione all'uscita del circuito in questo momento sarà uguale a

Carica del condensatore (t 1< t < t 2).

Dopo il salto, la carica del condensatore inizia con una corrente decrescente secondo una legge esponenziale:

Fig.2.3. Grafici di tensioni sugli elementi del circuito di differenziazione

La tensione attraverso il condensatore aumenterà in modo esponenziale

…………………… (2.6).

La tensione di uscita CC diminuirà all'aumentare della tensione.

carica sul condensatore, perché R E C sono un partitore di tensione:

…………. (2.7).

Va ricordato che in qualsiasi momento per il partitore di tensione, l'uguaglianza

donde segue che

che conferma la validità dell'espressione (2.7).

Teoricamente, la carica del condensatore continuerà indefinitamente, ma in pratica questo processo transitorio termina dopo

(3…5)carica τ = (3…5)RC .

La fine della carica del condensatore (t \u003d t 2).

Dopo la fine del processo transitorio, la corrente di carica del condensatore diventa zero. Pertanto, la tensione all'uscita del circuito di differenziazione

raggiunge quasi il valore zero, cioè all'istante t = t 2

Stato stazionario (t 2< t < t 3).

In cui

Secondo salto di tensione (t = t 3).

Al momento giusto t = t3 la tensione all'ingresso del circuito differenziatore scende bruscamente a zero. Condensatore C diventa una fonte di tensione, tk. è addebitato al punto .

Poiché, secondo la legge di commutazione, la tensione ai capi del condensatore non può cambiare bruscamente e la corrente che scorre attraverso la capacità può cambiare bruscamente, quindi al momento t = t3 la tensione di uscita scende bruscamente a – E . In questo caso, la corrente di scarica in un dato momento diventa massima:

e la tensione all'uscita del circuito differenziatore

La tensione di uscita ha un segno meno, perché la corrente ha cambiato direzione.

Scarica del condensatore (t 3< t < t 4).

Dopo il secondo salto, la tensione ai capi del condensatore inizia a diminuire in modo esponenziale:

;

;

La fine della scarica del condensatore e il ripristino dello stato iniziale del circuito (t≥ t4).

Dopo la fine della scarica transitoria del condensatore

Pertanto, il circuito è tornato al suo stato originale. La fine della scarica del condensatore si verifica quasi a t = (3…5)τ = (3…5) RC.

Dal momento che abbiamo preso la resistenza interna della sorgente del segnale Ri = 0, allora possiamo assumere che le costanti di tempo dei circuiti di carica e scarica del condensatore τ carica = τ volte = τ =RC .

In un tale circuito ideale, l'ampiezza della tensione di uscita Tu fuori. mah non dipende dal valore dei parametri del circuito R E C , e la durata degli impulsi in uscita è determinata dal valore della costante di tempo del circuito τ=CA . Come minor valore R E C , più veloci sono i processi transitori di carica e scarica della capacità, più breve è l'impulso all'uscita del circuito.

Teoricamente, la durata dell'impulso all'uscita del circuito di derivazione, determinata dalla base, risulta essere infinitamente lunga, poiché la tensione all'uscita diminuisce in modo esponenziale. Pertanto, la durata dell'impulso è determinata a un certo livello dalla base

U0 = αU fuori (fig.2.4):

Fig.2.4. Determinazione della durata dell'impulso a livello U0 Dopo

differenziazione

Determiniamo la durata dell'impulso differenziato a livello

U0 = αU fuori :

………………. (2.8),

Dove E ……………………… (2.9).

La differenziazione è sempre accompagnata da un accorciamento della durata dell'impulso. Ciò significa che la capacità C dovrebbe avere il tempo di caricarsi completamente durante l'impulso differenziabile di ingresso corrente. Pertanto, la condizione per la differenziazione pratica al fine di abbreviare la durata dell'impulso è il rapporto:

τ e in > 5τ = 5RC.

Il meno τ circuito, più velocemente il condensatore si carica e si scarica e minore è la durata degli impulsi di uscita, più diventano appuntiti e, quindi, più accurata è la differenziazione. Tuttavia, riduci τ appropriato fino a un certo limite.

Il cambiamento nella forma dell'impulso all'uscita del circuito di differenziazione può essere spiegato in termini di analisi spettrale.

Ogni armonica dell'impulso di ingresso è divisa tra R E C . Per armoniche basse frequenze, che determinano la parte superiore dell'impulso di ingresso, il condensatore rappresenta una grande resistenza, perché

>>R .

Pertanto, la parte superiore piatta dell'impulso di ingresso non viene quasi trasmessa all'uscita.

Per i componenti ad alta frequenza dell'impulso di ingresso, che ne formano il fronte e il taglio,

<< R .

Pertanto, il fronte e il fronte dell'impulso di ingresso vengono trasmessi all'uscita quasi senza attenuazione. Queste considerazioni ci permettono di definire la catena di differenziazione come filtro passa alto .