Глава третья. ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА

3.1. ПРЕИМУЩЕСТВА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В ВИДЕ ИМПУЛЬСОВ

Современная электроника характеризуется широким применением импульсных устройств. Напряжения и токи в таких устройствах имеют импульсный характер, нередко импульсы отделены друг от друга весьма длительным интервалом паузы. Можно назвать основные причины, способствовавшие развитию импульсной техники.

Во-первых, многие производственные процессы имеют импульсный характер: пуск и остановка агрегатов, изменение скорости и торможение, сброс нагрузки, срабатывание защиты и т. д. Большинство технологических процессов разбивается на ряд операций («тактов»), и их чередование также обуславливает импульсный характер работы устройств. Для управления работой агрегатов с импульсным характером функционирования требуется создание специфических импульсных электронных узлов.

Во-вторых, передача информации в виде импульсов, разделенных паузами, позволяет уменьшить мощность, потребляемую от источника питания, при сохранении достаточной мощности импульса. Это особенно важно при использовании источников питания ограниченной мощности (батареи, аккумуляторы), например, на подвижных (в том числе космических) объектах. Но и в стационарной аппаратуре повышение КПД значительно улучшает техникоэкономические показатели электронных устройств. Подробнее мы остановимся на этом преимуществе импульсных устройств в § 3.2.

В-третьих, передача информации в виде импульсов позволяет значительно разгрузить каналы связи. Так, например, нет необходимости передавать информацию о напоре ГЭС в виде непрерывного сигнала, так как напор меняется весьма медленно. Передача информации в виде отдельных отсчетов позволит использовать этот же канал связи для одновременной передачи информации о других физических величинах.

В-четвертых, передача информации в импульсной форме позволяет значительно повысить помехоустойчивость, точность и надежность электронных устройств.

При передаче непрерывного сигнала точность снижается из-за существования дрейфа нуля усилителей (см. §2.5), влияния напряжения смещения нуля и входных токов (см. § 2.13) и различных помех.

Существует множество способов передачи непрерывного сигнала (рис. 3.1, а) в виде прямоугольных импульсов (рис. ) При осуществлении амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) амплитуда импульсов пропорциональна входному сигналу (рис. 3.1, б). При таком способе передачи информации вредное влияние дрейфа нуля усилителей и других перечисленных факторов на точность сохраняется. При использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ) амплитуда и частота повторения импульсов постоянны, но ширина импульсов пропорциональна текущему значению входного сигнала (рис. 3.1,б). При частотно-импульсной модуляции (ЧИМ) (рис. 3.1, г) входной сигнал определяет частоту следования импульсов, которые имеют постоянную длительность и амплитуду.

Рис. 3.1. Различные способы передачи информации с помощью импульсов

Рис. 3.2. Основные параметры прямоугольных импульсов

При ШИМ и ЧИМ дрейф нуля усилителей не влияет на точность передачи входного сигнала, которая в данном случае зависит только от точности фиксации временного положения импульсов. Наибольшую точность и помехоустойчивость обеспечивают число - импульсные методы: информация передается в виде числа, которому соответствует определенный набор импульсов (код), при этом существенно только наличие или отсутствие импульса.

Импульсы прямоугольной формы наиболее часто применяются в электронной технике. На рис. 3.2, а приведена периодическая последовательность прямоугольных импульсов, а на рис. 3.2,б показана система параметров, которая позволяет описать импульсы.

Импульс характеризуется следующими параметрами: — амплитуда импульса; — длительность импульса;

— длительность паузы между импульсами; — период повторения импульсов; — частота повторения импульсов; . — скважность импульсов.

В реальных устройствах прямоугольные импульсы имеют (рис. 3.2, б) определенную длительность фронта и среза . Как правило, фронт и срез импульса определяются в течение нарастания (или спада) напряжения от до . Для нормального функционирования импульсных устройств необходимо, чтобы , в противном случае временное положение импульса не будет зафиксировано с требуемой точностью. Современные электронные устройства позволяют получить заметно меньше , и часто поэтому можно в первом приближении считать, что и 0.

Наряду с прямоугольными импульсами в электронной технике широко применяются импульсы пилообразной (рис. 3 3, а), экспоненциальной (рис. 3.3, б) и колоколообразной (рис. 3.3, в) формы.

Рис. 3.3. Формы импульсных сигналов