§ 1.5.1 Генераторы импульсных сигналов (гис)
Импульс — кратковременное отклонение физического процесса от установленного значения. Различают видеоимпульсы — единичные колебания какой-либо формы и радиоимпульсы — всплески высокочастотных колебаний. Видеоимпульсы бывают однополярные (отклонение только в одну сторону от нулевого потенциала) и двуполярные.
Импульсный сигнал — сигнал, информацию в котором несут параметры импульса.
Качественно для примера изобразим импульс в общем виде:
Параметры импульса:
Фронт — начальная часть импульса, характеризующая нарастание информативного параметра.
Спад — информативный параметр падает до установленного значения.
Вершина — часть импульса, находящегося между передним и задним фронтами.
Амплитуда A — наибольшее отклонение информативного параметра сигнала от установленного значения.
Длительность импульса Т1 (τи) — отрезок времени, измеренный на уровне, соответствующему половине амплитуды.
Период повторения импульсов Т в импульсной последовательности — интервал времени между двумя соседними импульсами в импульсной последовательности.
Длительность фронта импульса — это время τF (τф) нарастания импульса от 0,1 до 0,9 амплитудного значения, или время спада τB (τсп) от 0,9 до 0,1 амплитудного значения.
Среднее квадратичное значение импульса — значение постоянного напряжения, который за одинаковые промежутки времени при одинаковых значениях сопротивления выделяет такую же самую мощность.
Неравномерность вершины δ — разница значений в начале и в конце импульса.
Выброс на вершине b1— кратковременное отклонение сигнала на вершине импульса в начальной его части.
Выброс в паузе B2 (отрицательный выброс)— кратковременное отклонение сигнала после завершения действия импульса.
Генератором импульсных сигналов является устройство предназначенное, для генерации импульсов.
Генераторы импульсных сигналов могут формировать как одиночные импульсы, так последовательности импульсов:
Генератор кодовых посылок на своем выходе имеет сигнал вида:
Генератор линейно изменяющихся функций (ГЛИФ) также является генератором импульсных сигналов:
По форме импульсов генераторы делятся на:
1) Генераторы прямоугольных импульсов;
2) Генераторы импульсов не прямоугольной формы (в частности генераторы пилообразных импульсов).
Чтобы получить импульсы прямоугольной формы с крутыми фронтами, применяются так называемые релаксационные генераторы, принцип которых основан на использовании усилителей с положительной обратной связью. Эти генераторы могут работать в одном из следующих режимов: ждущем, автоколебательном, синхронизации и деления частоты.
В ждущем режиме генератор имеет одно устойчивое состояние. Внешний импульс запуска вызывает скачкообразный переход генератора в новое неустойчивое состояние. В этом состоянии, в генераторе происходят медленные изменения, которые приводят к обратному переходу к начальному устойчивому состоянию. Длительность пребывания генератора во временно устойчивом состоянии (длительность импульса), определяется параметрами элементов генератора.
В автоколебательном режиме генератор не имеет устойчивого состояния, а имеет два временно устойчивых состояния. Переход с одного временно устойчивого состояния в другое и обратно осуществляется скачком без влияния внешних факторов. Во время этого процесса генерируются импульсы, амплитуда, длительность и период которых полностью определяются параметрами элементов генератора. Основным требованием к таким генераторам является высокая стабильность частоты импульсов.
Режим синхронизации и деления частоты применяется для генерации импульсов, частота которых равна или кратна частоте импульсов синхронизации, которые подаются на вход синхронизации из внешних цепей.
Рассмотрим структурную схему генератора импульсных сигналов:
УЗ –устройство задержки. (элемент задержки, не линия задержки см. ниже)
ЛУ –линейный усилитель.
Автоколебательный режим работы (режим непрерывной генерации) задающего генератора (ЗГ) определяется наличием обратной связи подключаемой ключом S.
В случае переключения ключа в нижнее положение генератор переводится в ждущий режим. Задающий генератор определяет частоту следования импульсов.
После устройства задержки последовательно включены формирователь, линейный усилитель и аттенюатор. Формирователь определяет форму (τи, τф, τсп) импульсов поступающих на выход ГИС. Характеристики формирователя могут задаваться органами управления ГИС с целью изменения формы выходных импульсов. Линейный усилитель и аттенюатор позволяют получить на выходе ГИС сигнал с требуемой амплитудой. Согласующее устройство используется для согласования сопротивления входных цепей подключаемого внешнего устройства и выходного сопротивления аттенюатора.
Рассмотрим временные диаграммы сигналов действующих на разных участках схемы в режиме непрерывной генерации:
Как и любые другие измерительные генераторы ГИС используются для исследования параметров подключенных к ним систем.
Как следует из анализа временных диаграмм, основные импульсы, изображенные на графике 2, будут появляться на входе исследуемой системы, но система может быть не готова к внешнему воздействию, так как в ней могут не завершиться переходные процессы или не выполниться какие-либо операции. Поэтому в некоторых случаях систему надо «предупреждать» заранее о приходе стимулирующего импульса (подготовить систему к приходу импульса, изменив её параметры таким образом, чтобы переходные процессы в ней завершились раньше, чем на вход системы будет подан тестовый сигнал, в данном случае импульс). Для этой цели необходимо искусственно задерживать основные импульсы, а перед ними подавать на систему вспомогательные импульсы – импульсы синхронизации; поскольку каждая система требует индивидуальную задержку разделяющую, основной и синхроимпульс (так как каждая система имеет свою импульсную характеристику), эта задержка должна быть регулируемой. Для этой цели в изображенную выше структуру вводят элемент задержки, предназначенный для разделения во времени импульсов поступающих на вход формирователя синхроимпульсов и на выход ГИС. Формирователь синхроимпульсов определяет форму и амплитуду синхроимпульсов может быть регулируемым (чаще всего). В данном случае элемент задержки не требует свойства неискаженной передачи сигнала (в отличие от линии задержки), элементом задержки может являться любое активное устройство.
Данная система может работать в двух режимах: автоколебательном (рассмотренный выше) и ждущем. В ждущем режиме генератор не работает в режиме непрерывной генерации, а ждет сигнала запуска (синхроимпульсов) на входе внешнего запуска (синхронизации) от внешнего устройства. Для внешней синхронизации используется формирователь, генерирующий на основе входного импульса импульс для запуска задающего генератора с необходимой амплитудой и минимальной длительностью. В этом режиме частота импульсов на выходе определяется внешним устройством.