Простейшие формирователи импульсов

Дифференцирующие цепи. Для формирования импульсов используются пассивные элементы – сопротивления, емкости, индуктивности и активные элементы – диоды, транзисторы, тиристоры (рисунок 2.4).

Дифференцирующая цепь – это линейный четырехполюсник, напряжение на выходе которого U_ВЫХ пропорционально скорости нарастания входного U_ВХ напряжения, т. е.

U_вых = ; τ = L / R

U_вх = + iR

Параметры RC выбирают так, чтобы RC << T, тогда iR << , то U_вх = , продифференцируем: i = C ;

так как U_ВЫХ= iR, то U_вых = iR = RC .

Рисунок 2.4 – Дифференцирующие цепи

При подаче на вход RС–цепи прямоугольного импульса напря-жение U_R возрастает скачком от нуля до U_ВХ, а по мере заряда «С» оно убывает по экспоненциальному закону до нуля (0) и τ = RC. После заряда С (τ= 3 RC) U_C = U_ВХ, а U_R = U_ВЫХ= 0.

При исчезновении входного импульса конденсатор «С» разряжается от U_ВХ до «0» через генератор импульсов с той же τ. На входе появится отрицательный импульс – U_ВХ. Таким образом, с помощью RC-цепи прямоугольный импульс преобразуется в два коротких. Поэтому RC-цепь называют также укорачивающей.

Дифференцирующие цепи применяют для:

1 Получения производной;

2 Укорачивания;

3 Селекции импульсов.

Интегрирующая цепь –этолинейный четырехполюсник, для которого справедливо выражение U_вых = K ∫ U_вх dt (рисунок 2.5).

 

Рисунок 2.5 – Интегрирующая цепь

Дифференциальное уравнение для этой цепи имеет вид:

U_вх = iR + интегрирование точнее, чем меньше U_ВЫХ, т. е. U_ВЫХ<< U_ВХ.

Для выполнения этого условия надо увеличивать τ = RC, тогда U_ВХ≈ iR, и I ≈ U_ВХ / R,в этом случае:

U_вых = _вх dt

Интегрирующие цепи применяют:

1 В схемах генерирования пилообразного напряжения;

2 Селекции импульсов по длительности.

Диодные ключи. Способность диодов проводить электрический ток в одном направлении используется для:

1 Получения cинусоидальных импульсов;

2 Ограничения амплитуд сигналов;

3 Преобразования синусоидального напряжения в трапецеидальные импульсы.

Простейший диодный ключ (последовательный) использует один полупроводниковый выпрямитель (рисунок 2.6):

Рисунок 2.6 – Электрическая схема диодного ключа (а) и график выходного напряжения (б)

U_вых = , R = ; R_Д– сопротивление диода.

Ограничители амплитуды импульсов на основе параллельных диодных ключей (рисунок 2.7):

Рисунок 2.7 – Электрическая схема ограничителя амплитуды (а) и график выходного напряжения (б)

 

Диод открыт, если U_ВХ> Е, то U_вых = U_вх = , если R_Д<< R, то U_ВЫХ= Е.

При sin U_ВХ ограничиваться будет только положительная полуволна синусоиды.

Для ограничения разнополярных импульсов используют схему с двумя диодами (рисунок 2.8).

Рисунок 2.8 – Электрическая схема двуполярного ограничителя (а) и график выходного напряжения (б)

 

1 При U_ВХ> Е₁ U_ВЫХ ≈ Е₁,

2 При Е₁≥ U_ВХ≥ Е₂ оба диода закрыты и U_ВЫХ= U_ВХ,

3 При U_ВХ< -Е₂ U_ВЫХ≈ -Е₂.

Двусторонний ограничитель позволяет преобразовать синусоидальное напряжение в трапецеидальные импульсы разной полярности (рисунок 2.9).

Аналогичная схема:

Рисунок 2.9 – Электрическая схема двуполярного ограничителя