Курс по пулсова техника
Я.С. Ицхоки, Ю.А. Брамер, Пащук
В импулсен режим електронните устройства са изложени на електрически сигнали не непрекъснато (през цялото време на работа на устройството), а периодично. В този случай прекъснатата структура на импулсните сигнали е основната основа за полезните функции на устройството, работещо в импулсен режим. Импулсните сигнали се различават по амплитудата и продължителността на импулсите, тяхната честота, а също и относително. относителна позиция в серията. На фиг. 1 показва импулсен сигнал под формата на поредица от 3 импулса, групирани по някакъв условен код, определен по-специално от разположението на импулсите в поредицата. Импулсните сигнали могат да имат по-сложна структура в зависимост от видамодулацияи формата на импулса. Някои електрически трептения със сложна форма (фиг. 2), за разлика от синусоидалните, имат прекъснат характер; те се характеризират с много широк честотен спектър и наличието на характерни точки, по-точно участъци от много кратък времеви интервал, в които скоростта на изменение на колебателния процес претърпява резки скокове (прекъсвания). Тези свойства приближават колебанията със сложна форма до типичните импулсивни процеси. Импулсната технология често използва импулсни сигнали с честотно запълване от десеткиHzдо десеткиGHz.
Ориз. 1. Импулсен сигнал от три правоъгълни импулса.
Ориз. Фиг. 2. Електрически трептения със сложна форма: а - пик; b - трион.
При импулсна работа може да се постигне висока степен на концентрация на енергия във времето; така, например, в импулсни модулатори с висока мощност, за дълъг интервал от време между импулсите, настъпва относително бавно натрупване на енергия в елементите за съхранение, след което впрез период от време, чиято дължина е много по-малка от периода на натрупване, съхранената енергия се освобождава в товарния елемент. В резултат на това е възможно да се получат електрически импулси, чиято мощност значително надвишава номиналната мощност на източниците на енергия, което е от съществено значение при проектирането на електронно оборудване; например, мощността в радиоимпулс, излъчван от радарна станция, достига десеткиMWили повече. Поради резките промени в амплитудата на електрическите импулси е възможно много точно да се фиксира времето на излагане на импулсни сигнали, както и ясно разделяне на двете възможни състояния на електронната верига: „има ток“ - „няма ток“ („да“ - „не“). Импулсните електронни устройства, които изпълняват функциите на безконтактни електронни ключове, могат да превключват електрически вериги за 10 -6 и дори 10 -9sec.
Идеята за неговата малка продължителност обикновено се свързва с понятието "импулс". Кратката продължителност на импулса обаче е относителна концепция: в зависимост от областта на употреба, продължителността на импулса може да варира значително. Вавтоматикатанапример работят с импулси с продължителност от порядъка на 0,01 - 1сек, вимпулсната радиокомуникация—10 -6сек, във физиката на бързите частици - 10 -9сек. Но дори в една и съща област на технологията често се използват импулси с различна продължителност и честота на повторение. Така, например, врадарте работят с електрически импулси с продължителност от 10 -3 до 10 -9secс честота на повторение от единициHzдо 10 4Hz.В импулсната технология има тенденция за съкращаване на импулсите и увеличаване на тяхната честота на повторение, желанието да се увеличи ефективността на електронните устройства,резолюция (например радари) или скорост (в компютър). Понякога по-важно е съотношението на продължителността на паузата между импулсите към продължителността на импулса (работен цикъл), което обикновено не надвишава 10 в цифровата автоматизация, около 10-100 в радиокомуникациите и варира от 100 до 10 000 в радара. Явленията, свързани с преходни процеси, често се използват при работата на импулсни устройства, но в някои случаи те имат вредно въздействие и водят до усложняване на схемата и дизайна на устройствата. Поради това на анализа на преходните процеси в импулсната техника се отделя особено голямо внимание. Спецификата на методите и средствата за генериране, преобразуване, измерване и запис на импулсни сигнали и анализ на процесите в импулсни устройства се дължи главно на тяхната нестационарност.
За получаване на импулси с различни форми, функционално преобразуване на импулсни сигнали, избор на импулси по един или друг признак, както и за извършване на логически операции върху тях се използват типични импулсни логически схеми и устройства. Те включват линейни устройства за формиране на импулси, трансформиране на тяхната форма, амплитуда, полярност и времева позиция (формиращи линии, диференциращи и интегриращи вериги, импулсни трансформатори и усилватели, електромагнитни и ултразвукови линии за забавяне); нелинейни устройства за преобразуване на импулси и комутационни вериги (ограничители, клещи за ниво,пикови трансформатори, генератори на магнитни импулси, електронни ключове и др.); регенеративнитригерни веригии генератори на импулси(мащабиращи вериги,тригери,мултивибратори,блокиращи генератори); делители на скоростта на повторение на импулса; електронни генератори на линейно променящ се ток и напрежение (включителнофантастрони,санатронии др.); импулсни селектори; логично диаграми и спец устройства за обработка на импулсни сигнали (устройства за кодиране и декодиране,декодери,регистри, матрици, елементи на компютърна памет и др.).
Импулсните методи на работа се използват широко втелевизията, където сигналите за изображение и синхронизация са импулсни; с помощта на радиоимпулси беше възможно да се реши такъв важен проблем като измерване на разстояния, което доведе до разработването на импулсен радар и радионавигация (в системи за откриване, в радиовисотомери, в навигацията на кораби и самолети). Кодирането на импулсно съобщение, основано на различни принципи на импулсна модулация, позволява да се осъществява радиокомуникация с висока устойчивост на шум, както и многоканална радиокомуникация (с времево разделение на каналите) в телеметрията. Обещаващо е използването на импулсни режими при радиоуправление на големи разстояния, напримеризкуствени спътници на Земята, космически кораби, луноходи.
Импулсните методи са от голямо значение в информационно-измервателната техника, използвана по-специално в космическото електронно оборудване и в изследванията в областта на физиката на бързите частици. Методите и средствата на импулсната технология са в основата на работата на съвременните електронни цифрови компютри, различни цифрови автомати, използвани не само като средство за автоматизиране на изчислителния процес, но и за решаване на различни логически проблеми при автоматичната обработка на информация. За целта се извършват съответните трансформацииимпулсни сигнали, носещи информация (обикновено придружени от шум), а с помощта на логически схеми и устройства за избор на импулси се извършват логически операции върху импулси. По този начин полезна информация, съдържаща се в обработените импулси, се изолира, анализира, разпознава и записва. Методите на импулсната технология са изключително широко използвани в радиоизмервателните устройства (честотомери,осцилоскопи,спектрални анализатори, измерватели на времеви интервали и др.).