Простейшие формирователи импульсов

Для формирования импульсов используются пассивные элементы – сопротивления, емкости, индуктивности и активные элементы – диоды, транзисторы, тиристоры.

Дифференцирующая цепь – это линейный четырехполюсник (рисунок 6), напряжение на выходе которого U _вых пропорционально скорости нарастания входного напряжения U _вх, т. е.

U _вых = ; τ = L / R;

U _вх = idt + iR.

Параметры RC выбирают так, чтобы RC << T, тогда iR << idt, U _вх = idt. Продифференцируем:

i = C .

Рисунок 6 – Дифференцирующие цепи

При подаче на вход RС -цепи прямоугольного импульса напряжение U_R возрастает скачком от нуля до U _вх, а по мере заряда С оно убывает по экспоненциальному закону до нуля и τ = RC. После заряда С (τ = 3 RC) U_C = U _вх, а U_R = U _вых = 0.

При исчезновении входного импульса конденсатор С разряжается от U _вх до 0 через генератор импульсов с той же τ. На входе появится отрицательный импульс – U _вх. Таким образом, с помощью RC -цепи прямоугольный импульс преобразуется в два коротких импульса. Поэтому RC -цепь называют также укорачивающей.

Дифференцирующие цепи применяют для:

– получения производной;

– укорачивания импульсов;

– селекции импульсов.

Интегрирующая цепь – это линейный четырехполюсник (рисунок 7), для которого справедливо выражение:

U _вых = K ∫ U _вх dt.

Дифференциальное уравнение для этой цепи имеет вид:

U _вх = iR + idt.

Чем меньше U _вых, тем интегрирование точнее, т. е. U _вых << U _вх.

Для выполнения этого условия надо увеличивать τ = RC, тогда U _вх ≈ iR и I ≈ U _вх / R. В этом случае:

Рисунок 7 – Интегрирующая цепь

Интегрирующие цепи применяют:

– в схемах генерирования пилообразного напряжения;

– для селекции импульсов по длительности.

Диодные ключи. Способность диодов проводить электрический ток в одном направлении используется для:

– получения синусоидальных импульсов;

– ограничения амплитуд сигналов;

– преобразования синусоидального напряжения в трапецеидальные импульсы.

Простейший диодный ключ (последовательный) использует один полупроводниковый выпрямитель (рисунок 8).

где R _Д – сопротивление диода.

Рисунок 8 – Диодный ключ:

а – электрическая схема; б – график выходного напряжения

На основе параллельных диодных ключей применяют ограничители амплитуды импульсов (рисунок 9).

Рисунок 9 – Ограничитель амплитуды импульсов:

а – электрическая схема; б – график выходного напряжения

Диод открыт, если U _вх > Е и U _вых = U _вх = Если R _д <<R,

то U _вых = Е.

При синусоидальном U _вх ограничиваться будет только положительная полуволна синусоиды.

Для ограничения разнополярных импульсов используют схему с двумя диодами (рисунок 10):

– при U _вх > Е ₁ U _вых ≈ Е ₁;

– при Е ₁ ≥ U _вх ≥ Е ₂ оба диода закрыты и U _вых = U _вх;

– при U _вх < – Е ₂ U _вых ≈ – Е ₂.

Рисунок 10 – Двуполярный ограничитель:

а – электрическая схема; б – график выходного напряжения