Преминаване на импулси през линейни вериги

Концепцията запреходни процеси. Електрическите вериги на реалните радиотехнически вериги обикновено съдържат съпротивления, индуктивности и капацитети. В такива вериги връзката между напрежение и ток е сложна. Това се обяснява с факта, че капацитетът и индуктивността имат способността да натрупват и отдават електричество. Този процес не може да протича скокообразно. Когато напрежението в такава верига се промени, токът се променя с известно забавяне във времето. Тези процеси, свързани с промяна на енергийния резерв във вериги с реактивни елементи, когато са изложени на импулс, се наричат преходни.

Действието на импулсно напрежение върху RC веригата. Да предположим, че на входа на веригата, съдържаща кондензатор С и резистор R (фиг. 164, а), работи последователност от правоъгълни импулси (фиг. 154, б). В момента, в който предният ръб на импулса се появи на входа на RC веригата, в него ще тече най-големият ток I m \u003d Um / R (фиг. 154, c).

Тъй като кондензаторът се зарежда, полученото напрежение във веригата u p \u003d U m - uc намалява, съответно токът на зареждане ta намалява. Намаляването на тока се извършва по експоненциален закон , Токът на зареждане iz създава спад на напрежението в резистора R (фиг. 154, d). С намаляване на тока напрежението на резистора R намалява експоненциално.Напрежението на кондензатора uc като

Ориз. 154. Въздействието на правоъгълен импулс върху диференцираща верига:

a - верига, b - форма на импулса на входа, c - форма на тока във веригата, d - форма на напрежението на резистора, e - същото, на кондензатора, e - формата на импулса на изхода при τ 0≥ t i, g - същото при τ 0≤ ti

неговият заряд нараства експоненциално (фиг. 154, д) и в някакъв момент достига максималната стойност Um, след което остава постоянен за цялото времедействието на плоския връх на входния импулс. Времето, през което напрежението върху C и R достига стойността на амплитудата, зависи от стойността на съпротивлението на резистора R и капацитета на кондензатора C. Колкото по-малки са тези стойности, толкова по-бързо завършва процесът на преход.

След затихване на входния импулс, кондензаторът се разрежда през резистора R. Скоростта на промяна на разрядния ток ip (фиг. 164, c) и напрежението un (фиг. 154, d) е същата като по време на зареждане, а на изхода се образува заден фронт (спад) на импулса. Посоката на тока и полярността на напрежението през резистора в този случай ще станат противоположни.

Продължителността на преходния процес се оценява с помощта на времевата константа на веригата

Ориз. 155. Въздействието на правоъгълен импулс върху интегрираща верига: a - верига, b - форма на импулса на входа, c - същото, на изхода, d - зависимост на формата на импулса от отношението τ0 / t

С увеличаването на τ 0 продължителността на преходните процеси се увеличава.

На практика преходните процеси във веригата се изпомпват след период от време t = (2,3+3) τ 0.

Формата на изходното напрежение зависи от стойността на τ 0 (фиг. 154, d, e, g). При τ 0 "ti (фиг. 154, д) кондензаторът няма време да се зареди по време на действието на входния импулс и формата на изходния сигнал само малко се различава от формата на входа. С такива параметри ( τ 0 "ti), веригата често се използва в схемите на импулсни устройства като разделителна (преходна) между етапите на усилвателя. При τ 0 зареждането и разреждането на кондензатора се извършват за време, малко по-кратко от продължителността на импулса, така че изходното напрежение има формата на два тесни импулса с различна полярност (фиг. 164, g).

Както е очевидно от фиг. 164, а, вериги от RC елементи в различни комбинации могат да се използват за трансформиране на форматаимпулси. В зависимост от това от кой елемент се взема сигналът (от R или C), веригата се нарича диференцираща или интегрираща.

диференциращи вериги. Схемата, показана на фиг. 154, но се нарича диференциращо, тъй като при τ0i изходното напрежение е пропорционално на производната на входа и служи за получаване на краткотрайни насочени импулси на напрежение, често използвани за започване на формиране на устройства. Колкото по-малко е τ0, толкова по-голяма е скоростта на промяна на напрежението и толкова по-резки са импулсите на напрежението на изхода на диференциращата верига.

Работата на диференциращата верига е значително повлияна от входния (бездомния) капацитет Cp на следващата верига, което причинява намаляване на амплитудата на изходното напрежение Uout. За да намалите ефекта на Sp върху изходния сигнал, изберете капацитет на веригата C ≥ (5-10) Sp.

Пример. Продължителност на импулса ti=5 μs. Изчислете елементите на диференциалната верига.

Интегриращи схеми. Ако в RC веригата изходното напрежение се отстранява от капацитета (фиг. 155, а), тогава при τ 0≫t и изходният сигнал е пропорционален на интеграла на входа и такава верига се нарича интегрираща верига. Ако времевата константа на RC веригата е избрана равна или по-голяма от продължителността на правоъгълен импулс (фиг. 155, b) на входното напрежение ( τ 0≫ti), тогава на изхода на RC веригата възниква импулс с разтегнат фронт и затихване (фиг. 155, c). Когато на входа на такава верига се подаде краткотраен импулс на напрежение, на изхода се образува по-широк импулс.

Ориз. 156. Вериги на RL елементи: a - диференциращи, b - интегриращи

За увеличаване на продължителността на импулса се използват интегриращи схеми. В допълнение, те се използват във вериги за генериране на трионообразно напрежение, избор на продължителност на импулса и др. Колкото повече, то при постоянна продължителност на входния импулсti, толкова повече се разтяга изходният импулс (фиг. 155, d). Амплитудата на импулса в този случай намалява, тъй като кондензаторът няма време да се зареди напълно по време на продължителността на входния импулс.

Диференцирането и интегрирането могат да се извършват и с помощта на RL вериги. Тъй като реактивното действие на индуктивността е противоположно на капацитета, тогава в RL - вериги, когато се диференцира, изходният сигнал се взема от индуктивността (фиг. 156, a), а когато се интегрира, от резистора (фиг. 156, b). RL веригите се използват сравнително рядко, тъй като съдържат скъпа навиваща се част.