33. Формирователи импульсов. Типы.
Формирователи импульсов применяются для формирования сигналов требуемой формы. К ним относятся фиксаторы уровня, ограничители амплитуды импульса, компараторы. Фиксаторы нулевого уровня позволяют на выходе воспроизводить форму сигнала без изменения и без отделения постоянной составляющей. Ограничитель – нелинейное импульсное устройство, ограничивающее амплитуду сигнала или изменяющее форму сигнала. Последовательный диодный ограничитель. При подаче на его вход синусоидального сигнала ограничивает амплитуду снизу. Параллельный диодный ограничитель ограничивает входной импульс сверху. Компаратор – устройство, предназначенное для сравнения двух сигналов. Он осуществляет переключение уровня выходного напряжения, если один из сигналов больше другого.
34. Компараторы.
Компаратор – устройство, предназначенное для сравнения двух сигналов. Он осуществляет переключения уровня выходного напряжении, если один из сигналов больше другого.
35. Генераторы несинусоидальных колебаний. Схема блокинг-генератора.
Генераторы вырабатывающие негармонические колебания называются релаксационными генераторами. К релаксационным генераторам относятся триггеры, мультивибраторы, одновибраторы, блокинг-генераторы. По характеру устойчивого состояния все генераторы прямоугольных импульсов можно разделить на 3 группы: 1)бистабильные гпи имеющие два длительно устойчивых состояния равновесия. Триггеры. 2) моностабильные гпи, имеющие одно длительное устойчивое состояние равновесия, другое квазиустойчивое. Одновибратор. 3) Астабильный гпи – оба состояния квазиустойчивые. Мультивибратор.
схема блокинг—генератора на р — n — р-тран-зисторе:
36. Мультивибратор на оу и логических элементах.
Мультивибратор – релаксационный генератор, вырабатывающий периодическую последовательность прямоугольных импульсов. МВ имеет два квазиустойчивых состояния равновесия. Через конечное время, определяемое внутренними параметрами и структурой генератора, МВ без воздействия внешних сигналов переходит из одного состояния равновесия в другое. МВ — стабильный генератор. МВ на логических элементах
Мультивибратор на ОУ отличается простотой схемы и высокими техническими параметрами.
37. Мультивибратор на биполярных транзисторах.
Мультивибратор – релаксационный генератор, вырабатывающий периодическую последовательность прямоугольных импульсов. МВ имеет два квазиустойчивых состояния равновесия. Через конечное время, определяемое внутренними параметрами и структурой генератора, МВ без воздействия внешних сигналов переходит из одного состояния равновесия в другое. МВ — стабильный генератор.
38. Одновибраторы на оу и транзисторах.
Одновибраторы, или, как их называют ждущие мультивибраторы, относятся к классу генераторов прямоугольных импульсов, имеющих одно устойчивое состояние равновесия, т.е. это моностабильный генератор импульсов. Для его работы необходима подача на вход запускающего импульса, который выводит ОВ из устойчивого состояния равновесия, и через время, определяемое внутренними параметрами схемы, он возвращается в исходное устойчивое состояние.
Импульсные устройства
Устройства, работающие в прерывистом (дискретном) режиме, длительность которых соизмерима с длительностью переходных процессов, называют импульсными. Импульсные устройства предназначены для формирования, преобразования и генерирования импульсных сигналов – импульсов. Под импульсом понимают кратковременное изменение напряжения (тока, рисунок 77) в электрической цепи от нуля до некоторого постоянного уровня . Различают видео– и радиоимпульсы. Видеоимпульс представляет собой кратковременное изменение напряжения (тока) в цепи постоянного тока, постоянная составляющая(среднее значение) которого отличается от нуля. Идеализированные видеоимпульсы имеют различную форму.
Рисунок 77 |
Различают видеоимпульсы положительной и отрицательной полярности, а также двусторонние (разнополярные).
Радиоимпульс – это кратковременный пакет высокочастотных колебаний напряжения или тока, огибающая которых имеет форму видиоимпульса.
Одиночный импульс и последовательность импульсов характеризуется следующими параметрами: амплитудой , длительностью ; длительностью переднего фронта ; длительностью заднего фронта (среза) ; спадом вершины ; средним значением , , ; мощностью в импульсе ; действующим значением , , ; длительностью паузы между импульсами , периодом повторения Т и скважностью Q.
Амплитуда импульса. Максимальное напряжение (ток) импульса называется амплитудой (рисунок 78). В маломощных импульсных устройствах обычно применяют импульсы напряжения с амплитудой от десятых долей вольта до нескольких сотен вольт; в мощных импульсных устройствах – от десятков вольт до десятков киловольт. В таком же широком диапазоне изменяются амплитуды импульсов тока; в маломощных импульсных устройствах – от долей миллиампера до долей ампера; в мощных импульсных устройствах – от долей ампера до десятков тысяч ампер.
Рисунок 78 |
Длительность импульса. Под длительностью импульса понимают промежуток времени между моментом возникновения и исчезновения импульса. Иногда длительность импульсов определяют по длительности основания, иногда на уровне , либо . В последнем случае длительность импульса называют активной. Длительность импульса зависит от назначения, например, в автоматике используют импульсы длительностью , в импульсной сварке – от , в импульсном электроприводе – примерно , в импульсной радиосвязи – микросекундного диапазона, в физике быстрых частиц – наносекундного диапазона, в промышленной электронике – .
Длительность фронтов импульса. Под фронтом понимают боковую сторону импульса. Различают передний и задний фронты, последний называют срезом импульса. Длительность переднего фронта определяет время нарастания импульса, а длительность заднего – время спада импульса. Для описания формы реального импульса наиболее часто используют понятие активной длительности фронта и среза импульса. Активную длительность фронта и среза соответственно отсчитывают между уровнями . Длительности и по сравнению с , тем больше форма импульса приближается к прямоугольной. Иногда вместо длительности фронта (среза) форму импульса характеризуют крутизной фронта (среза) , под которой понимают скорость нарастания (убывания) импульса. Крутизна фронта (срезе) измеряется в вольтах на секунду (В/с) или амперах на секунду (А/с).
Спад вершины импульса. Вершина прямоугольного импульса во многих случаях соответствует рабочей части импульса и поэтому стремится обеспечивать ее постоянство. Из–за несовершенства формирователей и генераторов импульсов происходит спад вершины . Спад вершины импульса желательно иметь возможно меньшим. Часто требуется, чтобы было не более . Вместо абсолютной величины спада часто используют относительную, определенную как или .
У некоторых импульсов, например, треугольных пилообразных и др. Вершина отсутствует и фронт сразу переходит в срез.
Период повторения импульсов Т – отрезок времени между началом (концом) двух соседних однополярных импульсов. Величина обратная, периоду повторению, называется частотой повторения (следования) импульсов f. Частота повторения импульсов зависит от назначения, например, в промышленной электронике от десятых долей герца до десятков мегагерц и выше
Скважность импульсов – отношение периода повторения к длительности импульса . Скважность величина безразмерная и всегда больше единицы. В промышленной электронике скважность импульсов составляет от 1,1 до десятков тысяч. Скважность отражает возможность накопления больших энергий и мощностей в течении сравнительно большой паузы между импульсами и генерирования этой энергии во время кратковременного импульса. Скважность является энергетической характеристикой импульсного устройства. Величина, обратная скважности, называется коэффициентом заполнения импульсов:
.
Среднее значение импульса. Для определения энергетических свойств импульсного устройства и характеристик энергетического воздействия импульса на нагрузку вводят понятие среднего значения импульса (постоянной составляющей импульса). Обычно различают среднее значение за период и за время длительности импульса. Среднее значение напряжения, тока и мощности импульса за период соответственно:
;
;
;
где , и – соответственно среднее значение напряжения, тока и мощности за время длительности импульса;
.
Действующее значение импульса. По аналогии со средним значением импульса различают действующее значение импульса за период и за время длительности импульса. Действующее значение напряжения, тока и мощности за период соответственно:
;
;
.
Импульсные устройства можно разделить на два вида: маломощные (информационные) и мощные (силовые).
Импульсы для мощных и маломощных устройств формируются линейными и нелинейными цепями с пассивными и активными элементами. На вход таких цепей подают сигналы синусоидальной или не синусоидальной формы: на выходе получают импульсы с заданными параметрами. При этом формирование выходных импульсов происходит в промежутках времени, пока действует входной сигнал.
Простейшими линейными формирующими цепями являются дифференцирующие и интегрирующие цепи, формирующие линии с распределенными и сосредоточенными параметрами и др.
В более сложных формирователях импульсов применяют сочетание линейных формирователей цепей с электронными элементами импульсных устройств.
Схема идеального ключа и его нагрузочная характеристика рисунок 79, а. В статических режимах ключ находится в одном из двух состояний равновесия, включен или выключен и не потеряет энергии.
Рисунок 79 |
Во включенном состоянии внутреннее сопротивление идеального ключа равно нулю, а в выключенном бесконечности следовательно , а ток через ключ . Во включенном и , а .
Ключ можно перевести из одного состояния в другое управляющим напряжением или током мгновенно, так что на выходе возникают скачки напряжения с амплитудой . При периодической коммутации ключа выходное напряжение имеет форму прямоугольных импульсов. Коэффициент передачи ключа по току и напряжению в моменты включения и выключения соответственно:
Реальные ключи всегда имеют конечное внутреннее сопротивление в каждом состоянии, а также обладают некоторой емкостью рисунок 79, б.
Генерирование импульсов осуществляется несимметричными устройствами с самовозбуждением или с внешним запуском. У генераторов с внешним запуском входной сигнал управляет лишь моментом возникновения генерации, а далее генерация происходит за счет внутренних процессов в схеме. Оба генератора относят к большому классу устройств, называемых регенеративными. Регенеративные устройства характеризуются ПОС, которая вызывает лавинообразный процесс в схеме и приводит к скачкообразному изменению состояния схемы, т.е. к скачкам напряжения и тока.
К регенеративным импульсным устройствам относятся триггеры, мультивибраторы, одновибраторы, блокинг–генераторы и др.
Рисунок 80 |
На />формируются импульсы, форма которых определяется свойствами ФУ. Если ФУ отсутствует на />формируются прямоугольные импульсы.
Простейшие схемы мощных формирователей импульсов с емкостным и индуктивным накопителем.
С увеличением мощности в импульсе и скважностью формирователь становится неэкономичным, т.к. мощность источника питания должна быть равна мощности импульса.
Поэтому используют накопители энергии (либо электростатический в емкости, либо электромагнитный в дросселе с индуктивностью, индуктивный).
Емкостной при включенном ключе напряжение на конденсаторе в конце процесса заряда достигает максимальной величины и накапливаемая энергия . При включении ключа, происходит быстрый разряд конденсатора, определяемый постоянной времени . Мощность в импульсе . Для обеспечения большой длительности процесса заряда по сравнению с процессом разряда необходимо условие .
В схеме с индуктивным накопителем рисунок 81, а процесс заряда происходит при замкнутом ключе.
Накопление энергии в дросселе с индуктивностью L осуществляется по мере нарастания тока заряда. При достаточно малых сопротивлениях обмотки дросселя L и внутреннего сопротивления источника питания можно получить большой ток в конце процесса заряда. Накопленная магнитная энергия:
,
где – ток в конце заряда.
а) б) Рисунок 81 |
Процесс заряда происходит при выключенном ключе с постоянной времени: .
Мощность в импульсе
Построение регенеративных электронных ключей с S и N – образными характеристиками, которые имеют участок обратного сопротивления.
В зависимости от типа связи регенеративные устройства делят на триггеры (с резистивной связью), мультивибраторы (с емкостной связью), блокинг–генераторы (с трансформаторной связью). Триггеры и мультивибраторы обычно выполняют на двухкаскадных ключах, блокинг–генраторы – однокаскадных.
По способу (режиму) работы все регенеративные устройства можно разделить на три класса: с двумя состояниями устойчивого равновесия и другим состоянием квазиравновесия (неустойчивого равновесия); с двумя состояниями квазиравновесия. Обычно состояние устройства определяется состоянием входящих в него ключей (включен, выключен).
Устройства первого класса могут неограниченно долго находится в одном или другом состоянии устойчивого равновесия. При чем это первоначальное состояние зависит от случайных причин и каждый раз при включении источника питания разное состояние. Перевод таких устройств из одного состояния в другое осуществляется скачком под действием внешнего запускающего импульса.
Возврат устройства в первоначальное состояние происходит также скачком, но под действием следующего импульса. Таким образом, под действием запускающих двух импульсов устройства вырабатывают один импульс. К такому классу устройств относятся триггеры, а рассматриваемый режим работы называется триггерным.
Устройства второго класса могут неограниченно долго находится в одном строго определенном состоянии устойчивого равновесия. Называемым исходным. Под воздействием запускающего импульса эти устройства переходят скачком в другое состояние, которое не является устойчивым. В этом состоянии в устройствах происходит медленные внутренние процессы, обусловленные чаще всего разрядом конденсаторов. В конце процесса разряда возникает обратный скачок и восстанавливается исходное состояние равновесия. Длительность состояния квазиравновесия полностью определяется параметрами схемы. Таким образом такие устройства на один импульс на входе – на выходе генерируют один импульс. В этот класс устройств входят одновибраторы, а описанный режим часто называют одновибраторным. Одновибраторы называют также ждущими (заторможенными) генераторами, например, ждущий мультивибратор, ждущий блокинг–генератор.
Устройства третьего класса ни имеют, ни одного состояния устойчивого равновесия и без воздействия внешних сил поочередно переходят из одного состояния квазиравновесия в другое, т.е. являются автогенераторами, а такой режим называется автогенераторным. К этому классу устройств относятся мультивибраторы, блокинг–генераторы и др. Устройства последних двух классов называют также релаксациоонными.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
что такое генератор тактовых импульсов в компьютере?
Устройство для выработки через равные отрезки времени последовательности импульсов. Время между двумя последовательными импульсами называется тактом.
Некоторые команды процессора выполняются за несколько тактов. Импульсы, проходя через все элементы компьютера, заставляют их работать в едином такте – синхронно. Частота генерации тактовых импульсов определяет быстродействие компьютера.
Центральный процессор — это центральное устройство компьютера, которое выполняет операции по обработке данных и управляет периферийными устройствами компьютера. У компьютеров четвёртого поколения и старше функции центрального процессора выполняет микропроцессор на основе СБИС, содержащей несколько миллионов элементов, конструктивно созданный на полупроводниковом кристалле путём применения сложной микроэлектронной технологии.
В состав центрального процессора входят:
1 устройство управления (УУ) ;
2 арифметико-логическое устройство (АЛУ) ;
3 запоминающее устройство (ЗУ) на основе регистров процессорной памяти и кэш-памяти процессора;
4 генератор тактовой частоты (ГТЧ) .
Устройство управления организует процесс выполнения программ и координирует взаимодействие всех устройств ЭВМ во время её работы.
Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические и логические операции над данными: сложение, вычитание, умножение, деление, сравнение и др.
Запоминающее устройство — это внутренняя память процессора. Регистры служит промежуточной быстрой памятью, используя которые, процессор выполняет расчёты и сохраняет промежуточные результаты. Для ускорения работы с оперативной памятью используется кэш-память, в которую с опережением подкачиваются команды и данные из оперативной памяти, необходимые процессору для последующих операций.
Генератор тактовой частоты генерирует электрические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера. В ритме ГТЧ работает центральный процессор.
Для математических вычислений к основному микропроцессору добавляют математический сопроцессор. Начиная с модели 80486DX процессор и сопроцессор выполняют на одном кристалле.
Импульсная техника
«Импульсная техника» – это область радиоэлектроники, которая изучает процессы формирования, преобразования, генерирования и измерения импульсных сигналов.
Импульсный сигнал – это кратковременное изменение напряжения или электрического тока в цепи, которое соизмеримо с ее переходным периодом.
Импульсные сигналы это сигналы в дискретной форме. Их основными областями применения являются гидроакустические станции, телевидение, электронно-вычислительная техника, радиолокация и т.п. Основное достоинство импульсных сигналов заключается в высокой помехоустойчивости относительно аналоговых сигналов. Все импульсные сигналы делятся на следующие основные виды:
- Радиоимпульсы, представляющие собой серию высокочастотных синусоидальных колебаний.
- Видеоимпульсы, представляющие собой отклонение электрического тока или напряжения от основания импульса (некоторый исходный уровень).
Импульсные сигналы также классифицируют по полярности и форме сигналов. По форме сигналов различают пилообразные, треугольные, трапецеидальные, прямоугольные. По полярности импульсный сигнал может быть отрицательным или положительным. Пример перечисленных импульсных сигналов изображены на рисунке ниже:
Рисунок 1. Виды импульсных сигналов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Рисунок 2. Виды импульсных сигналов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 — прямоугольный; 2 — треугольный; 3 — трапецеидальный; 4 — пилообразный; 5 — положительный; 6 — отрицательный.
Импульсным сигналам характерна высокая концентрация энергии в небольших временных интервалах. Это позволяет решать множество задач при передаче электрических сигналов, в том случае, когда отклик на выходе системы пропорционален мощности сигнала на ее входе.
Для описания одиночных импульсов используются такие параметры, как:
- амплитуда импульса — максимальное значение импульсного отклонения электрического тока или напряжения от исходного уровня;
- длительность импульса — интервал времени от момента появления импульса до момента его окончания;
- длительность фронта — отрезок времени в течение которого электрический ток или напряжение растет от 0,1 до 0,9 от амплитудного значения;
- длительность среза — промежуток времени, в течение которого напряжение в импульсе падает 0,9 до 0,1 от амплитудного.
Для того, чтобы описать периодическую последовательность импульсов используются следующие параметры: скважность импульсов (величина обратная коэффициенту заполнения), период следования импульсов (промежуток времени от начала условно выбранного импульса до начала следующего), коэффициент заполнения импульсов (величина, характеризующая степень заполнения периода импульса) и частота следования импульсов (величина обратная периоду).
Импульсные устройства
Первыми импульсными устройствами были искровые радиопередатчики речевых и телеграфных сигналов, разработанные в конце девятнадцатого — начале двадцатого века русским ученым Поповым. Стремительное развитие импульсной техники, как науки началось в тридцатых годах двадцатого века, что было связано с зарождением и последующим совершенствованием телевидения и радиолокации.
Импульсные устройства предназначены для генерирования, усиления, формирования, преобразования, измерения и передачи электрических импульсов. К самым распространенным импульсным устройствам относятся:
-
импульсов.
- Импульсные генераторы.
- Мультивибраторы.
- Импульсные трансформаторы.
На импульсные устройства оказывается прерывистое воздействие электрическими импульсами, которые отличаются друг от друга формой, длительностью, амплитудой, частотой следования и расположением в серии в соответствии с выбранным видом импульсной модуляции и некоторым условным кодом. В импульсных устройствах применяются серии (последовательности) импульсов или одиночные. В система радионавигации, радиосвязи и радиолокаторах импульсные сигналы имеют частотное заполнение до десятков гигагерц. При помощи импульсных устройств с высокой точностью фиксируется время, в течение которого воздействуют импульсные сигналы, что позволяет создавать бесконтактные электронные ключи. В логических схема, построенных на импульсных устройствах, используется четкое разделение двух возможных состояний электронной схемы: есть напряжение — нет напряжения. Для выполнения логических операций разной сложности применяются дифференцирующие цепи, формирующие линии, интегрирующие цепи, усилители, импульсные трансформаторы, ограничители, линии задержки, триггеры, пересчетные схемы, фиксаторы уровня, мультивибраторы, импульсные делители частоты, импульсные селекторы, блокинг-генераторы, декодирующие и кодирующие устройства, дешифраторы, элементы памяти электронно-вычислительных машин, матрицы и т.п.
Посредством логических операции и преобразований анализируют, распознают, выделяют и регистрируют полезную информацию, которая содержится в обрабатываемых импульсных сигналах. Широкое распространение импульсные устройства также получили в радиоизмерительных приборах (анализаторы спектра, частотомеры, осциллографы, измерители временных интервалов и т.п.).