Ооо Глава 2
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ 2.1. Общие сведения
Электрический импульс — это напряжение или ток, действующие в течение короткого промежутка времени, называемого длительностью импульса t». Различают два вида электрических импульсов:
видеоимпульсы и радиоимпульсы.
Видеоимпульсы (их называют просто импульсами) представляют собой напряжения или токи, быстро возрастающие от нуля до некоторого максимального (амплитудного) положительного или отрицательного значения, а затем спадающие от максимума снова до нуля (рис. 2.1). Возрастающая часть импульса называется фронтом, спадающая — срезом, а участок между фронтом и срезом — вершиной. Интервал времени, в течение которого импульс нарастает или спадает, называют соответственно длительностью фронта 4 и среза tp. Отношение амплитудного значения импульса к длительности фронта (среза) называют крутизной фронта (среза). В связи с неравномерностью фронта, вершины и среза, наличием иногда в конце импульса затянутого участка («хвоста») трудно точно фиксировать моменты перехода от одной стадии импульса к другой. Поэтому определения длительностей импульса, фронта и среза условны.
Рис. 2.1. Электрический импульс
Для удобства анализа свойств импульсов их обычно идеализируют, считая совпадающими по форме с простыми геометрическими фигурами.
На рис. 2.2 показаны основные формы импульсов.
Рис. 2.2. Основные формы импульсов:
а - прямоугольная; б - трапецеидальная; в - колоколообразная; г - экспоненциальная; д - экспоненциально-падающая; е - треугольная; ж - пилообразная; з - ступенчатая
Рис. 2.3. Радиоимпульсы
Рис. 2.4. Периодический импульсный сигнал
Радиоимпульсы — это кратковременные пакеты высокочастотных синусоидальных колебаний, модулированных по амплитуде видеоимпульсами (рис. 2.3).
Последовательность электрических видео- и радиоимпульсов, разделенных временными промежутками (паузами), называется импульсным сигналом. Если импульсы разделены равными интервалами времени и имеют одинаковые форму, амплитуду и длительность, то импульсный сигнал называется периодическим (рис. 2.4). Основными характеристиками периодических импульсных сигналов являются: период и частота повторения, скважность, активная ширина частотного спектра.
Период повторения импульсов Т и — это интервал времени между фронтами соседних импульсов.
Величина, обратная периоду повторения, называется частотой повторения импульсов. F и = 1 / Т и.
Скважность — это отношение периода повторения к длительности импульсов. Q = T и / t и=1/ t и F и.
Спектр импульсного сигнала
Импульсный сигнал, как и любой электрический сигнал несинусоидальной формы, может быть представлен в виде спектра, т. е. в виде суммы некоторого числа синусоидальных колебаний (гармоник) с определенными частотами, амплитудами и фазами.
Спектр периодического импульсного сигнала содержит постоянную (среднюю) составляющую («нулевую» гармонику) и бесконечно большое число синусоидальных (гармонических) составляющих, частоты которых кратны частоте повторения импульсов F». Первая гармоника имеет частоту Fи, вторая — 2Fи, третья — ЗРи и т. д. Колебаний с частотами, не кратными Ей, спектр не содержит. Такой, состоящий из отдельных гармоник спектр называют линейчатым или дискретным.
Если спектр содержит колебания всех частот, то он называется сплошным. Такой спектр, например, имеет одиночный импульс.
Рис. 2.5. Зависимость постоянной составляющей импульсного сигнала от скважности
Рис. 2.6. Амплитудный спектр периодической последовательности прямоугольных импульсов
Фазовые соотношения между отдельными гармониками импульсного сигнала зависят от его формы, постоянная составляющая U o -от скважности: чем больше скважность, тем U o меньше (рис. 2.5).
С увеличением номеров амплитуды гармоник по определенному закону убывают.
На рис. 2.6 показан закон изменения амплитуд гармонических составляющих (амплитудный спектр) периодической последовательности прямоугольных импульсов (см. рис. 2.4). Огибающая амплитудного спектра вначале плавно уменьшается от значения U o до нуля (при частоте, равной 1/ t и), затем увеличивается, переходит через некоторый максимум и на частоте 2/ t и снова достигает нуля и т. д. При этом каждый последующий максимум меньше предыдущего. Отсюда видно, что без заметного ущерба для сохранения формы импульсного сигнала его гармоническими составляющими высшего порядка можно пренебречь.