Импульсные устройства, принципы построения импульсных устройств

Импульсными называют устройства, работающие в прерывистом режиме. В таком режиме. кратковременное воздействие чередуется с паузой, длительность которых соизмерима с длительностью переходных процессов. Это предопределяет существенные особенности электронных устройств, работающих в импульсном режиме.

Основными задачами, решаемыми с помощью импульсных устройств, являются: формирование и генерирование импульсов заданных форм и параметров, а также управление импульсами. Импульсный режим работы лежит в основе работы многих устройств промышленной электроники.

Импульсом называют кратковременное изменение напряжения (тока) в электрической цепи, длительность которого соизмерима или меньше длительности переходных процессов в этой цепи. Если длительность какого-либо сигнала несравненно больше длительности переходного процесса в электрической цепи, то режим работы во времени действия сигнала считают установившимся, а сам сигнал для этой цепи не является импульсным.

По форме (здесь отражается чисто геометрическая структура импульса) импульсы весьма разнообразны. Наиболее часто используют импульсы прямоугольной, трапецеидальной, пилообразной, треугольной, экспоненциальной и колоколообразной форм, показанные соот­ветственно на рис. 6.1, а — е.

Периодическая последовательность импульсов (рис. 6.1) характеризуется периодом повторения (следования) Т, т.е. отрезком времени между началом двух соседних однополярных импульсов. Величину F = 1 /Т называют частотой следования импульсов. Отношение периода повторения к длительности импульса характеризует скважность периодически повторяющихся импульсов:

q = T/t _И = 1 /Ft _И (6.1)

Скважность обычно лежит в пределах от 2 до 10 000. Наименьшая величина скважности характерна для устройств вычислительной техники и наибольшая — для радиолокационных устройств.

Величину, обратную скважности,

K ₃ = 1 /q = t _И /T (6.2)

называют коэффициентом заполнения импульсов, который, как и скважность, является безразмерной ве­личиной.

Помимо параметров периодической последовательности импульсов важное значение имеют параметры формы импульсов. Характерными участками импульса, определяющими его форму, являются (рис. 6.1, а): передний фронт 1 — 2, вершина 2—3, задний фронт 3—4. У импульсов различной формы отдельные участки могут отсутствовать. Количественную оценку формы импульсов и свойств его отдельных участков рассмотрим на примере реального импульса прямоугольной формы (рис. 6.2).

Основными параметрами формы импульсов являются: амплитуда или наибольшее значение импульса U _m , длительность импульса t _И , длительность переднего фронта t _Ф, длительность заднего фронта (среза) t _C , спад вершины импульса D U _m .

При оперировании с реальными импульсами измерение их длительности становится малоопределенным. Чаще всего длительность импульса измеряют на уровне 0,1 U _m , считая от основания. В импульсных устройствах промышленной электроники длительность импульсов лежит в пределах 10 ^{– 9} — 1 с.

Интервалы времени, соответствующие длительности переднего t_ф и заднего t_c фронтов импульса, обычно отсчитывают между уровнями (0,1—0,9 )U_m и (0,9—0,1 ) U_m. Это активные длительности переднего и заднего фронтов импульса, которые составляют обычно (5—20%)t_u. Чем меньше отношения t_ф /t_и и t_c /t_и, тем форма импульса ближе к прямоугольной.

Постоянство вершины импульса в течение его длительности является одним из важнейших требований к формирователям и генераторам импульсов. Однако из-за несовершенства названных устройств наблюдается некоторый спад вершины импульса U_m. Часто вместо абсолютного значения спада используют относительное, определяемое отношением U_m /U_m. У некоторых импульсов (треугольных, экспоненциальных и др.) плоская вершина отсутствует.