Загальні відомості про електричні сигнали. Сигнали імпульсних пристроїв

 

Сигналом називають фізичний процес, що несе інформацію. Сигнали можуть бути: звуковими, світловими, електричними.

Інформація зосереджена в змінах параметрів фізичного процесу. Якщо параметри процесу не міняються, то він не є сигналом. Так незмінні звук, світловий потік, синусоїдальне електричне коливання ніякого повідомлення не містять, а в змінах гучності і тону звуку, яскравості і кольору світлового випромінювання, амплітуди, частоти і фази електричного коливання відображена інформація.

Для передачі інформації використовують або всю сукупність значень того чи іношого параметра фізичного носія інформації в деякому тимчасовому чи амплітудному інтервалі (аналогова форма представлення інформації), або тільки деяки її значення (дискретна чи цифрова форма представлення інформації).

Відстань, на яку передається электричний сигнал, може бути дуже мала (у межах пристрою) і надзвичайно  велика (дослідження космічного простору).

Швидкість поширення електричних сигналів близька до швидкості світла.

По проводах електричні сигнали можуть передаватися в тім виді, у якому вони знімаються з джерела. При передачі сигналу через відкритий простір їм модулюють високочастотне коливання, за рахунок чого забезпечуються ефективні випромінювання  і прийом.

Виражається інформація мовою, зображенням, звуком, электричним коливанням.

Імпульсне коливання, параметри якого змінюються відповідно до переданої інформації, є сигналом. Такий сигнал відносять до аналогових, тому що в діапазоні своїх змін він може приймати будь-яке значення. Пристрої, у яких діють електричні імпульси називаються  імпульсними. Імпульсний режим роботи – при якому короткочасний вплив сигналу чергується з паузою.

Переваги імпульсного режиму перед безперервним:

- значна потужність при малої середньої потужності пристрою (в результаті зменшуються габарити, маса);

- менший вплив температури і розкид параметрів НП приладів на роботу приладу (зменшується енергія, яка виділяється в елементах імпульсних пристроях, імпульсні пристрої працюють у двох ключових режимах: насичення і відсічки);

- значно підвищується пропускна спроможність і перешкодостійкість апаратури;

- за рахунок використання простих однотипних елементів для реалізації складних імпульсних пристроїв, підвищується надійність, зменшуються габарити і маса.

Електричний імпульс - це короткочасна зміна напруги або струму в електричному полі.

Під короткочасною зміною розуміють інтервал часу, порівняний із тривалістю перехідних процессів у пристрої.

Існує два види імпульсів: відеоімпульси і радіоімпульси.

Відеоімпульси одержують при комутації ланцюга постійного струму. Відеоімпульси за формою бувають (рис.111): прямокутні (а), трапецеїдальні (б), експонентні (гострі) (в), пилкоподібні (г) і трикутні (д); відеоімпульси позитивної (а,б,г,д) і негативної полярності (в), а також двосторонні- різнополярні імпульси (е).

Рисунок 111 – Різні форми відеоімпульсів

 

Реальні імпульси не мають форми, що строго відповідає назві.

Для одержання імпульсних послідовностей різної форми, частоти і амплітуди застосовують спеціальні генератори.

Радіоімпульси (рис.112) являють собою короткочасні посилки синусоїдальної напруги чи струму (пакети високочастотних коливань). Вони знимаються з високочастотного генератора, що керується (модулюється) відеоімпульсами. Радіоімпульси - результат модуляції амплітуди високочастотного коливання прямокутними відеоімпульсами.

Рисунок 112 – Радіоімпульси

 

ПАРАМЕТРИ ІМПУЛЬСІВ

Основні параметри імпульса (рис.113):

- тривалість імпульсу t_і - проміжок часу, який вимірюється на рівні 0,1U_m(0,1I_m). Вимірюється в секундах (с), мс, мкс і  нс;

- амплітуда імпульсу.  Найбільше значення напруги чи струму імпульсу даної форми. Вимірюється U_m (I_m)=А в вольтах (В), кВ, мВ, мкВ або амперах (А), мА, мкА;

- тривалість фронту імпульсу t_ф - час наростання імпульсу від 0,1U_m до 0,9U_m;

- тривалість зрізу імпульсу. t_З - час убування (спаду) імпульсу від 0,1U_m до 0,9U_m;

- крутизна фронту (зрізу) S_ф (S_З) - швидкість наростання (спаду) і вимірюють у вольтах на секунду (В/с).

Для прямокутного імпульсу  S_ф = U_m/ t_ф, S_З = U_m/t_З,

- спотворення «даху» (спад вершини) імпульсу ∆U - ділянка імпульсу між фронтами, що оцінююється відношенням (∆U / U_m)100%;

- потужність імпульсу Р = W/ t_і, де W - енергія імпульсу, t_і – тривалість імпульсу. Вимірюється у ватах (Вт), кВт;

-. амплітуда зворотного викиду U_{m зв};

- тривалість зворотного викиду t_{і зв} – вимірюється на рівні 0,1 U_{m зв}.

Рисунок 113 – Приклад реального імпульса

 

Імпульси, що перідично повторюються, утворюють імпульсну послідовність (рис.114).

Рисунок 114 – Імпульсна послідовність

 

Імпульсна послідовність характеризується такими параметрами:

- період повторення імпульсів Т - называють проміжок часу між початком двох сусідніх однополярних імпульсів (рис.13.4). Вимірюється в одиницях часу: секундах (с), мс, мкс;

- частота повторення імпульсів (частота імпульсної послідовності) f - величина зворотна періоду повторения. Вона визначає кількість періодів протягом однієї секунди і вимірюється в герцах (Гц), кГц. 

f = 1/Т, де Т = t_і + t_п ;

t_п – тривалість паузи - відрізок часу між закінченням і початком двох сусідніх імпульсів;

- коефіцієнт заповнення

γ = t_і /Т (діапазон зміни 0…1).

Безрозмірна величина;

- скважність імпульсів – величина зворотна коефіцієнту заповнення

              q = T/ t_і , >1 (діапазон зміни від ∞ до 1).

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:

1 Назвіть види відеоімпульсів і як їх отримати.

2 Якими параметрами характеризуються прямокутні імпульси?

3 Від яких параметрів залежить частота надходження імпульсів?

4 Що таке сквапність і коефіцієнт заповнення?

 

ВИКЛАДАЧ – Ковальова Т.І.

 

ЛЕКЦІЯ № 31, 32 (4 год.)