Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Импульсная техника: Конспект лекций

Голосов: 10

Конспект лекций включает в себя вопросы специальной дисциплины "Импульсная техника". В их числе методы формирования импульсных сигналов, схемы электронных ключей, формирующих устройств, генераторов прямоугольных импульсов, триггеров, в т.ч. и в интегральном исполнении. Данный конспект лекций предназначен для студентов, обучающихся по специальности 2014 "Техническое обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

        Государственное образовательное учреждение
          высшего профессионального образования
        «Оренбургский государственный университет»

              Колледж электроники и бизнеса

           Кафедра электронной техники и физики




                    В.В. ПРОХОДЦЕВ




       ИМПУЛЬСНАЯ ТЕХНИКА

                  КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ




 Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом
       государственного образовательного учреждения
          высшего профессионального образования
        «Оренбургский государственный университет»




                      Оренбург 2003


   ББК 32.842
      П 78
   УДК 621.317:621.374(075.3)


       Рецензент
       преподаватель общепрофессиональных и специальных дисциплин
       кафедры электронной техники и физики А.П. Рыжков


         Проходцев В.В.
П 78     Импульсная техника: Конспект лекций.– Оренбург: ГОУ
         ВПО ОГУ, 2003. – 37с.




              Конспект лекций включает в себя вопросы специальной
        дисциплины «Импульсная техника».            В их числе методы
        формирования импульсных сигналов, схемы электронных ключей,
        формирующих устройств, генераторов прямоугольных импульсов,
        триггеров, в т.ч. и в интегральном исполнении.
              Данный конспект лекций предназначен для студентов,
        обучающихся по специальности 2014 «Техническое обслуживание и
        ремонт радиоэлектронной техники».




                                                          ББК 32.842




                                              © Проходцев В.В., 2003
                                              © ГОУ ВПО ОГУ, 2003


                                 Введение
     Курс «Импульсная техника» является важной составной частью
подготовки специалистов в области радиоэлектроники. Он относится к
специальным дисциплинам по специальности номер 2014 «Техническое
обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники».
     Курс предусматривает знакомство студентов с методами формирования
импульсных сигналов, основными схемами электронных ключей, генераторов
прямоугольных импульсов, триггеров. Схемы рассмотрены как в дискретном,
так и в интегральном исполнении.


     1 Общие сведения об импульсных сигналах и процессах

     1.1 Основные понятия и классификация импульсов


     Импульсом электрической величины называется кратковременное
воздействие (от единиц секунд до наносекунд) этих величин на нагрузку.
     Импульсные устройства – это устройства, использующие и
формирующие импульсные сигналы. Они классифицируются:
        a) по форме

          U                                      U
     1)                                     2)


                               t                                           t
               прямоугольные                          треугольные

           U                                     U
     3)                                     4)



                                       t                                   t

                  трапецеидальные                       пилообразные

Рисунок 1.1 – Классификация импульсных сигналов по форме


          б) по полярности

                                                 U
           U
                                                                       t
     1)                                2)


                                   t
           положительные                             отрицательные

Рисунок 1.2 – Классификация импульсных сигналов по полярности


       Рисунок 1.3 – Параметры реального импульса

       Параметры реального импульса:
       Uo – постоянная составляющая напряжения в импульсе;
       Um – амплитуда – это максимальное значение напряжения, силы тока
или мощности в импульсе;
       τф – длительность фронта – это промежуток времени, в течение
которого напряжение в импульсе возрастает от 0,1 до 0,9 от амплитудного
значения Um.
       τср. – длительность среза – это промежуток времени, в течение которого
напряжение в импульсе убывает от 0,9 до 0,1 от Um.
       τи – длительность импульса – измеряется на уровне 0,1 от Um.
       τа – активная длительность импульса – измеряется на уровне 0,5 от Um.

     1.2 Параметры серии импульсов

       Последовательность прямоугольных       импульсов   и   их   параметры
представлены на рисунке 1.4




            τи        τn
                 Ти
    Рисунок 1.4 – Последовательность прямоугольных импульсов


       Ти - период следования импульсов – это промежуток времени от начала
условно выбранного импульса до начала второго. Период равен сумме
длительности паузы и импульса, измеряется в миллисекундах или в
микросекундах.

                             Ти = τи + τn,                               (1)

       Fи – частота следования импульсов – величина, обратная периоду.
       Q – скважность – отношение периода к длительности импульса

                              Q = Ти / τи,                               (2)

           Для Q = 2 – последовательность называется меандром.
       Кз – коэффициент заполнения – величина, обратная скважности.
            Q и Кз – величины безразмерные.

                            Кз = 1/Q = τи / Ти                            (3)


     2 Формирование импульсов линейными цепями

     2.1 Элементы преобразования импульсов

             Линейные элементы – это элементы, параметры которых не зависят
от величин приложенных силы тока и напряжения; характеристики элементов
линейные.
        К линейным элементам относятся:
        а) резисторы R=const;
        б) конденсаторы, электрическая емкость которых постоянна и не зависит
от величин силы тока и напряжения;
        в) катушки индуктивности, у которых индуктивность постоянна и все
характеристики линейны;
        г) операционные усилители в области линейной части своей характерис-
тики.
        Вольтамперная характеристика линейного резистора – прямая линия,
угол ее наклона определяется величиной сопротивления, показана на рисунке
2.1.
        Условное обозначение операционного усилителя показано на рисунке
2.2, его амплитудная характеристика – рисунке 2.3.


    I



         α
               U

    Рисунок 2.1 – Вольтамперная характеристика линейного резистора


        U2
                Uвых
        U1




    Рисунок 2.2 – Условное обозначение операционного усилителя


              Uвых

        Uип


                              ∆U = U1 – U2



                       -Uип


Рисунок 2.3 – Амплитудная характеристика операционного усилителя


                         Uвых = Ku*(U1 – U2) = Ku* ∆U,                (4)

                               ∆U = U1 – U2,                          (5)

       Операционный усилитель (ОУ) – монолитный интегральный усилитель
с коэффициентом усиления в сотни тысяч и даже миллионы, с входным
сопротивлением МОм, выходным кОм, имеет 2 входа – прямой (U1) и
инверсный (U2); выход; выводы для подключения элементов коррекции
частотной характеристики; выводы для подключения элементов балансировки –


установки нуля на выходе при равных входных напряжениях. Из формулы (4)
видно, что за счет большого коэффициента усиления даже при малом
напряжении, выходное напряжение резко возрастает и в положительном, и в
отрицательном направлениях. Достигнув напряжения источника питания,
усилитель входит в насыщение. В импульсной технике ОУ работают на
линейных участках характеристики. Чем круче характеристики, тем лучше
качество импульсов.

     2.2 Передача импульсов через простейшие цепи

     2.2.1 Воздействие прямоугольного импульса на RC - цепь

    На рисунке 2.4 изображена RC – цепь и воздействие прямоугольного
импульса на RC-цепь.
    Графики воздействия прямоугольного импульса на RC – цепь представлены
на рисунке 2.5.




             ~




    Рисунок 2.4 – RC-цепь


               Uи
   a)
        Uист



                                   t
                    tU

               Uc
   б)

        Uист



                                   t
                    tU

               UR
   в)
        Uист



                                   t
                    tU



     Рисунок 2.5 – Графики, иллюстрирующие воздействие прямоугольного
импульса на RC-цепь: входное напряжение (а), напряжение на конденсаторе
(б), напряжение на резисторе (в).

     На RC-цепь действует импульс прямоугольного напряжения. В начальный
момент времени при t = 0, Uи = 0 все напряжение импульса приложено к
резистору. Ток заряда конденсатора максимальный и определяется по формуле
(6).
                              Iз (0) = Uист / R,                      (6)


       По мере заряда конденсатора напряжение на нем возрастает, и сила
тока заряда Iз уменьшается. Для расчета цепей используют второй закон
Кирхгофа и формулы (7) и (8).

                                   UR+Uc = Uист,                          (7)

                                Iз * R + Uc = Uист,                       (8)

    Ток заряда Iз и разряда конденсатора С зависит от емкости и от скорости
изменения напряжения на нем и определяется по формуле (9).

                                Iз = С * dUc / dt,                        (9)

    Первая производная от напряжения по времени dUc / dt и характеризует
скорость изменения этого напряжения.
    Подставляем формулу (9) в формулу (8) и получаем формулу (10)

                           R*С*dUc / dt + Uc = Uист,                     (10)

       Запишем решение данного дифференциального уравнения как формулу
(11)

                            Uс = Uист * (1 - е -t/τ),                  (11)

      где е – основание натурального логарифма;
      τ = R*C – постоянная времени цепи.
      Эта величина характеризует скорость переходных процессов в цепи.
Чем она больше, тем меньше эта скорость и наоборот.

                                UR = Uист * е -t/τ ,                     (12)

Окончательно решение уравнения имеет вид:

                             Uс = Uист * (1- е -t/τ),                    (13)

                               UR = Uист* е -t/τ ,                       (14)

Данным формулам соответствуют графики зависимости Uс и UR от времени
    Подставляем в формулу Uс значения текущего времени от 0 до 5τ.
Результаты заносим в таблицу 1.
    Таблица 1
      t 0      τ        2τ      3τ     4τ       5τ
     Uc 0 0,632Uи 0,865Uи 0,95Uи 0,982Uи 0,995Uи



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика