Дискретні елементи як перетворювачі електричних сигналів: основні визначення та уявлення. Диференційні і інтегруючі електричні ланцюги. Обмежувачі сигналів.

Дискретным является элемент, преобразующий непрерывные сигналы в импульсные. Импульсный сигнал состоит из одного или серии импульсов. Импульс — это кратковременное воздействие тока или напряжения. В импульсной технике различают видеоимпульсы— односторонние импульсы в цепях постоянного тока и радиоим­пульсы — импульсы высокочастотных колебаний. Дискретные эле­менты автоматики обычно формируют видеоимпульсы.

Различают прямоугольные 1, трапецеидаль­ные 2, треугольные 3, пилообразные 4 и другие импульсы. В им­пульсах выделяют фронт ab, вершину b или bс и спад cd. Импульсы могут иметь положительную и отрицательную полярность и быть одно- и двухполярными. При учете реальной формы импульсов (рис. 28.1) вводят следующие параметры: амплитуда Аm — это максимальное мгновенное значение тока или напряжения в им­пульсе данной формы; активная длительность фронта tф и спада tc — интервалы времени, в течение которых высота импульса со­ответственно на фронте и спаде лежит в пределах (0,1... 0,9) Аm; активная длительность импульса tи — это интервал времени ме­жду фронтом и спадом, отсчитанный по уровню 0,1 Аm; скол вер­шины ΔA —это разность между амплитудой импульса и высотой 6 начале спада; период следования (период дискретности) Τ — ин­тервал времени от момента появления одного импульса до момента появления следующего импульса той же полярности; частота сле­дования f = 1/Т — величина, обратная периоду следования; скваж­ность импульсов Q = Т/tи — отношение периода следования к длительности импульса; коэффициент заполнения γ = 1/Q — ве­личина, обратная скважности.

В дискретных элементах формирование импульсов может осу­ществляться за счет квантования сигналов по уровню, по времени или по уровню и времени одновременно. Квантование сигналов по уровню — это замена непрерывного сигнала ступенчатым с фиксированными высотами ступеней или последовательности импульсов с произвольными высотами и с фиксированными высотами. Кванто­вание сигналов по времени — это замена непрерывного сигнала по­следовательностью импульсов с фиксированным или переменным периодом следования.

Рис. 28.1. Импульсы:

а ·— идеальные (1— прямоугольный; 2 — трапецеидальный; 3 — треугольный; 4 — пилообразный), б — реальный

Дискретные элементы с квантованием сигналов по уровню на­зывают релейными, по времени — импульсными, по уровню и вре­мени — цифровыми. Импульсные элементы, у которых высота им­пульсов изменяется в соответствии с изменением входного сиг­нала, называют ключами.

Дифференцирующие и интегрирующие цепочки представляют собой RC- и RL-контуры, выполняющие роль формирователей им­пульсов.

Дифференцирующие (укорачивающие) цепочки являются филь­трами верхних частот. Если входной им­пульс является прямоугольным, то выходной сигнал состоит из двух разнополярных пилообразных импульсов.

Интегрирующие (расширяющие) цепочки являются фильтрами нижних частот.

Если входной импульс является прямоугольным, то интегрирующая цепочка увеличивает длитель­ность выходного импульса.

 

Рис. 28.2. Дифференцирующие (а) и интегрирующие (б) цепочки

Дифференцирующие цепочки применяют для формирования ко­ротких разнополярных импульсов, а интегрирующие — для рас­ширения импульсов.

Ограничитель (сигналов) — это электронное устройство, сох­раняющее постоянство выходного напряжения после достижения входным напряжением уровня, называемого порогом ограничении. По способу ограничения разли­чают ограничители сверху (по мак­симуму), имеющие верхний по­рог ограничения; ограничители снизу (по минимуму), имеющие нижний порог ограничения, и дву­сторонние ограничители, имеющие верхний и нижний пороги огра­ничения.

Для ограничения амплитуды импульса используются электрон­ные приборы с нелинейными ΒΑΧ, имеющими резкий переход между прямой и обратной ветвями. Наи­более простыми и распространен­ными являются ограничители на выпрямительных и стабилизирую­щих диодах.

Ограничители по схеме вклю­чения диода подразделяются на последовательные, т. е. с подключением диода последовательно нагрузке, и параллельные, т. е. с подключением диода параллельно.

На рис. 28.3, а и б приведены схемы последовательных диодных ограничителей по максимуму и минимуму с нулевым по­рогом ограничения. Роль таких ограничителей выполняет однополупериодный выпрямитель без фильтра. На рис. 28.3, в приведена схема параллельного двустороннего ограничителя на кремниевых стабилитронах с ограничением на заданном уровне, определяемом подбором ограничительного резистора R и стабилитронов VD1 и VD2. Ограничители применяют для ограничения амплитуды входного сигнала, формирования прямоугольных импульсов из гармонических сигналов и селекции импульсов по уровню и поляр­ности.

Рис. 28.3. Последовательные диодные ограничители по максимуму (а) и минимуму(б)и париллельный двусторонний ограничитель (в)