1.4.2. Туннельный диод

Туннельный диод имеет участок ВАХ с отрицательным динамическим сопротивлением (участок АВ). В данной схеме туннельный диод может быть представлен динамическим сопротивлением R_ДИН, определяемым на участке АВ. Достоинствами схемы усилителя на туннельном диоде являются простота и высокое быстродействие. Недостаток − небольшой коэффициент усиления. Данные схемы используют крайне редко.

U₁

U₂

U_СИГН

а б в

Рис. 1.5. ВАХ туннельного диода (а), принципиальная (б) и эквивалентная (в) схемы усилителя на туннельном диоде

При входном напряжении U_ВХ = U_СИГН, изменяющемся относительно постоянного напряжения смещения U_см, имеем . Поскольку , то коэффициент передачи .

1.5. Наиболее распространенные виды сигналов

1.5.1. Синусоидальный сигнал

Синусоидальные сигналы , где А – амплитуда, – угловая частота (где , Т – период колебаний), – начальная фаза, с достаточной точностью описывают процессы в линейных цепях.

Рис. 1.6. Синусоидальный сигнал

При измерениях величины сигнала различают:

• максимальное значение сигнала (амплитуда А);

• двойную амплитуду (2А);

• эффективное значение (измеряется на уровне , соответствует –3 дБ).

В линейных цепях для синусоидальных сигналов выполняется принцип суперпозиции. Используя понятие «отклик» (реакция цепи на входное воздействие), принцип суперпозиции часто кратко формулируют следующим образом: отклик суммы равен сумме откликов. На другие виды сигналов принцип суперпозиции не распространяется.

1.5.2. Понятие амплитудно-частотной характеристики (ачх)

Принцип суперпозиции позволяет использовать для описания частотных свойств схемы понятие АЧХ (зависимость коэффициента передачи от частоты): . АЧХ определяется путем последовательного измерения амплитуды выходного сигнала при изменении частоты входного синусоидального сигнала с постоянной амплитудой.

Рис. 1.7. Пример АЧХ

1.5.3. Несинусоидальные сигналы

1. Линейно меняющийся сигнал − напряжение, возрастающее (или убывающее) с постоянной скоростью. Используется в генераторах разверток, интеграторах и т.д.

Рис. 1.8. Пример линейно возрастающего сигнала

2. Шумовые, или случайные, сигналы характеризуются частотным спектром (произведение мощности на частоту в герцах) и распределением амплитуд. Одним из наиболее распространенных типов шумовых сигналов является белый шум с гауссовым распределением в ограниченном спектре частот. Характеризуется математическим ожиданием (среднее значение сигнала) и дисперсией D или соответствующим среднеквадратическим отклонением (СКО) . СКО соответствует эффективному значению напряжения шума.

Рис. 1.9. Пример шумового (случайного) сигнала

3. Прямоугольный сигнал (меандр) характеризуется амплитудой и частотой. Импульсные сигналы могут быть как одиночными, так и периодическими. Импульсные сигналы дополнительно характеризуются длительностью импульса , а также коэффициентом заполнения  1 или обратной величиной – скважностью T/ 1. Реальные импульсы имеют длительность фронта , определяемую при соответствующих значениях сигнала на уровнях 0,1 и 0,9.

а б в

Рис. 1.10. Определение длительности фронта (а). Прямоугольный (б) и импульсный (в) сигналы

4. Сигналы в виде скачков и пиков используют для исследования работы схемы. Отклик на скачок напряжения называют переходной, а отклик на пик напряжения – импульсной характеристикой схемы. Скачок представляет собой часть прямоугольного сигнала, а пик – это два скачка, следующие друг за другом с очень коротким интервалом.

Рис. 1.11. Сигналы в виде скачков и пиков напряжения

5. Логические сигналы широко используются в цифровой электронике. В цифровой схеме состояние любой точки в любой момент времени определяют заранее известные уровни напряжения. Эти уровни называют просто – «высокий» и «низкий». Они соответствуют значениям логической единицы и логического нуля. Так, например, когда говорят о сигнале уровня ТТЛ (транзисторно-транзисторной логики), то это однозначно определяет уровень логического нуля, равный 0,2–0,4 В, и уровень логической единицы, равный 2,2–2,4 В.

1.6. RC-цепи

Процесс разряда конденсатора в RC-цепи описывается дифференциальным уравнением первого порядка с постоянными коэффициентами: , поскольку . Решением такого уравнения является выражение . При .

Рис. 1.12. Процесс разряда конденсатора в RC-цепи