6.4. ПРОХОЖДЕНИЕ ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ ЧЕРЕЗ АПЕРИОДИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ

Дискретные сигналы обычно представляют собой последовательности импульсов. При передаче таких последовательностей через инерционные цепи форма импульсов претерпевает изменения, что приводит к частичной или полной потере передаваемой информации. В связи с этим одной из наиболее типичных задач является анализ искажения формы импульсов.

Из всего многообразия импульсов наибольший интерес для анализа представляет прямоугольный импульс. Это обусловлено простотой его формирования, а также широким применением в системах с двоичным кодом и во многих других радиотехнических устройствах.

При этом основное внимание обычно уделяется передаче фронта и среза импульса. Этот вопрос особенно важен, когда передаваемая или извлекаемая информация содержится в положении переднего (или заднего) перепада импульсов на оси времени (например, в некоторых радиолокационных системах).

Рассмотрим прохождение прямоугольного импульса через однокаскадный резистивный усилитель, изученный в § 5.4 и дополненный на выходе разделительной цепью (рис. 6.3, а). Назначение этой цепи — защита транзистора от постоянного напряжения, имеющегося в устройстве формирования входного сигнала.

При гармоническом возбуждении на частоте и амплитуде входной ЭДС напряжение на входе транзистора (в предположении, что значительно меньше входного сопротивления база—эмиттер)

где — передаточная функция разделительной цепи; — постоянная времени этой цепи.

Схема замещения коллекторной цепи усилителя представлена на рис. 6.3, б. От схемы на рис. 5.10, а она отличается тем, что напряжение заменено напряжением .

Передаточная функция однокаскадного резистивного усилителя определяется формулой (5.43), а рассматриваемого устройства в целом — выражением

где

График , вычисленный по формуле

при представлен на рис. 6.4.

В операторной форме передаточная функция:

Пусть в момент на вход усилителя подается прямоугольный импульс ЭДС с амплитудой Е и длительностью Т (рис. 6.5, а). В интервале времени от до напряжение на выходе усилителя можно рассматривать как результат включения при постоянной ЭДС

Рис. 6.3. Транзисторный усилитель с разделительной RC-цепью на входе (а) и схема замещения выходной цепи (б)

Рис. 6.4. Амплитудно-частотная характеристика усилителя, представленного на рис. 6.3, а

В момент включается дополнительная ЭДС компенсирующая первую (рис. 6.5, б). Суперпозиция выходных напряжений их обусловленных действием образует импульс на выходе усилителя. Таким образом, задачу можно свести к рассмотрению переходного процесса в усилителе при включении на входе постоянной ЭДС.

Изображение по Лапласу для в соответствии с (2.102) будет

Тогда по формуле (6.3) выходное напряжение

Полюсы подынтегральной функции:

Вычислив вычеты по формуле (6.6), приходим к следующему результату:

(6.14)

Графики их изображены на рис. 6.5, в, а результирующее напряжение на выходе усилителя и — на рис. 6.5, г.

Из формулы (6.14) и рис. 6.5, г видно, что при малых временах, т. е. при t, соизмеримых с первая экспонента в выражении (6.14) близка к единице и основное влияние на фронт импульса оказывает вторая экспонента. Когда же Остановится соизмеримым стр, характер функции их определяется в основном первой экспонентой. То же самое относится к функции при отсчете времени с момента . Прямоугольный импульс с амплитудой , который имел бы место в идеальном усилителе без разделительной цепи изображен на рис. 6.5, г штриховой линией.

Искажение формы реального импульса проявляется: а) в конечной крутизне фронта и среза, б) в спаде вершины импульса.

Рис. 6.5. Искажение формы импульса в резистивном усилителе: а) импульс на входе; б) представление импульса в виде суммы двух скачков; деформация скачков на выходе; г) результирующий импульс на выходе; д) импульс на выходе усилителя при устранении разделительной цепи

Первый из этих факторов выражен тем сильнее, чем больше постоянная времени (и, следовательно, чем сильнее завал частотной характеристики в области верхних частот).

Второй фактор (спад вершины импульса), наоборот, выражен тем сильнее, чем меньше постоянная времени разделительной цепи следовательно, чем сильнее завал частотной характеристики в области нижних частот).

Выбор постоянных времени зависит от требований, предъявляемых к форме импульса на выходе усилителя. Если требуется, чтобы за время Т амплитуда лишь достигала своего максимально возможного значения ) то постоянная времени может быть близка к Т. Форма импульса при этом далека от прямоугольной.

В тех случаях, когда требуется удовлетворительное воспроизведение формы импульса, постоянная времени должна сопоставляться со временем, отводимым на длительность фронта выходного импульса, а постоянная времени должна быть велика по сравнению с длительностью импульса Т. Этот результат имеет важное значение для правильного выбора параметров системы передачи дискретных сигналов, так как он указывает минимальное время, необходимое для перехода от одного дискретного уровня к другому.

Следует отметить, что в случае усиления импульсной последовательности проведенное выше рассмотрение справедливо при достаточно длительном интервале между импульсами, так что наложение переходных процессов от соседних импульсов не имеет места.

Рассмотрим теперь прохождение прямоугольного импульса через один транзисторный апериодический усилитель (схема на рис. 5.10), без разделительной цепи. Для этого достаточно устремить емкость к бесконечности, т. е. закоротить конденсатор

При этом формула (6.14) переходит в

так как .

Импульс на выходе рассматриваемого усилителя изображен на рис. 6.5, д.