ИМПУЛЬСНАЯ И ЦИФРОВАЯ ТЕХНИКА

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В современной информационной электронике импульсный принцип построения систем занимает доминирующее положение по сравнению о аналоговым. На базе импульсной техники выполняются системы управления и регулирования, устройства измерения и отображения информации. На ней основана цифровая вычислительная техника.

В отличие от аналоговых систем, в которых сигналы изменяются непрерывно во времени (например, напряжение изменяется пропорционально регулируемой температуре), в импульсных системах используются сигналы (напряжение, ток) импульсной, то есть прерывистой формы

Преобладающее применение импульсных систем обусловлено:

· существенно меньшим потреблением тока (большим к. п д.);

· более высокой точностью;

· меньшей критичностью к изменению температуры;

· большей помехоустойчивостью;

· большей простотой средств представления информации в импульсной форме;

· наличием эффективных способов обработки (преобразо­вания) сигналов.

В импульсной технике применяются импульсы различной формы.

Распространены импульсы, близкие по форме у:

· прямоугольной;

· трапецеидальной;

· треугольной (например, пилообразной);

· экспоненциальной,

При этом импульсы могут быть положительной, отрицательной и чередующейся полярности.

Импульсный сигнал характеризуется рядом параметров. Рассмотрим их на примере реального импульса напряжения с формой кривой, близкой к прямоугольной (рис. 4.1)

Такой сигнал вначале быстро нарастает до максимального значе­ния. Затем напряжение может сравнительно медленно изменяться в течение некоторого промежутка времени, после чего происходит быстрое спадание импульса Характерными участками импульса являются: фронт (передний фронт), вершина (плоская часть) и срез (задний фронг).

Параметрами импульса являются::

· амплитуда,

· длительность,

· длительность фронта,

· длительность среза,

· спад вершины.

Амплитуда импульса U_m определяет наибольшее значение напряжения импульсного сигнала.

Длительность импульса t _И характеризует продолжительность импульса во времени. Ее часто измеряют на уровне, соответствующем половине амплитуды (активная длительность импульса). Иногда длительность импульса определяют на уровне 0,1 U_m.. При относительно малых продолжительностях двух крайних участков импульса длительность определяют по его основанию.

Длительность фронта t _Ф и длительность среза импульса t _С (характеризуют соответственно времена нарастания и спада импульса. Наиболее часто пользуются понятиями активных длительностей фронта и среза, представляющими указанные времена изменения напряжения относительно уровней 0,1 U_m и 0,9 U_m. Длительности t _Ф и t _С обычно составляют доли процента от длительности t _И. Чем меньше t _Ф и t _С по сравне­нию с ∆U/ U_m, тем меньше отличие сигнала от идеального импульса прямоугольной формы.

Спад вершины импульса ∆U и его относительная величина ∆U/ U_m отражают уменьшение напряжения на плоской части импульса. Спад вершины импульса, в частности, создается при прохождении сигнала прямоугольной формы через импульсный усилитель с RС-связями.

Параметрами последовательности импульсов (см. рис. 3.1, а) являются период повторения (следования), частота повторения, пауза, коэффициент заполнения и скважность.

Периодом повторения импульсов Т называют интервал времени между соответствующими точками (например, между началами) двух соседних импульсов.

Величину, обратную периоду повторения, называют частотой повторения импульсов:

f = 1/Т.

Паузой (и называют интервал времени между окончанием одного и началом следующего импульса: -- f = Т - tи.

Коэффициент заполнения у характеризуется отношением длительности импульсов к периоду их следования γ = tи/Т.

Величину, обратную коэффициенту заполнения, называют скважностью импульсов:

q = T/tи=1/γ.

Импульсный сигнал (последовательность импульсов) обладает большими информационными возможностями. Для преобразования электрического или неэлекгрического параметра в сигнал импульсной формы наибольшее применение получили время-импульсный и число-импульсный методы. Носителем информации в первом случае является длительность импульсов, во втором — число импульсов в фиксированном интервале времени.

В схемах импульсной техники для обработки и преобразования информации широко применяют цифровые методы. Они базируются на использовании сигнала прямоугольной формы, имеющего два фиксированных уровня напряжения. Это позволяет представить сигнал в цифровой форме: уровню высокого напряжения приписывают сим­вол «1», а уровню низкого напряжения — символ «0». На указанном виде сигнала основана, в частности, работа цифровых вычислитель­ных устройств, а также используемая в них двоичная система счисления.

Цифровая форма представления сигнала упрощает рассмотрение импульсных систем и позволяет использовать при их анализе и разработке соответствующий математический аппарат (алгебру логики). Цифровые методы построения и проектирования импульсных систем занимают в современной электронике ведущее место.