Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Фазовые соотношения




При увеличении входного сигнала потенциал базы увеличивается отно­сительно потенциала эмиттера, т. е. увеличивается напряжение VBE, и соответственно увеличивается падение напряжения на эмиттерном рези­сторе, являющегося выходным напряжением. Таким образом, усилитель с ОК не изменяет фазу входного сигнала при его усилении.

Рис. 24.3. Эмиттерный повторитель, или усилитель с ОК, (а)

и стандартное изображение его схемы (б).

Таблица 24.1. Сравнение усилителей с ОЭ, ОБ и ОК

Конфигу­рация Входное сопротивление Выходное сопротивление Инвертиро­вание фазы Преимущества
ОЭ 1-2 кОм 10-50 кОм Да Высокое усиление по току и мощности
ОБ Очень низкое Очень высокое Нет Хорошие частотные характеристики
ОК Очень высокое Очень низкое Нет Низкое выходное сопротивление, высокий коэффициент усиления по току

 

· Импульсный сигнал

· Электрическим импульсом называется кратковременное отклонение тока или напряжения от исходного уровня. Графически импульсы изображаются на временных диаграммах – зависимости величины тока или напряжения от времени.

Импульсные сигналы бывают двух видов: видеоимпульс и радиоимпульс.

Различаются они отсутствием или наличием высокочастотного заполнения.

На практике редко встречаются одиночные импульсы. Как правило, применяются несколько импульсов следующие один за другим – последовательности импульсов. Последовательности импульсов бывают периодические, квазипериодические и непериодические:

Последовательность импульсов периодическая, если каждый последующий импульс отстоит от предыдущего на одно и тоже значение.

Последовательность называется квазипериодической, если выполняется условие периодичности для одного или нескольких параметров.

Последовательность называется непериодической, если не выполняется условие периодичности ни для одного параметра.

Для описания импульсов применяют различного рода параметры:

1. Основные.

2. Производные.

3. Дополнительные.

Основные. Амплитуда импульсов Um, длительность импульса tи, период следования Т.

См.рис.2а.

Производные. Производные параметры можно получить из основных – частота F=1/T [Гц], скважность импульсов – q=T/tи показывает сколько импульсов умещается в 1 периоде, например, для меандра q=2(меандр –такой вид последовательности импульсов у которой длительность равна паузе). Дополнительные. К дополнительным параметрам прибегают для описания импульсов непрямоугольной формы:

А – высота (амплитуда) импульса, DА – спад вершины импульса, kсп = DА/А – коэффициент спада, tи0 – длительность импульса, tф0 – длительность фронта импульса, tс0 – длительность среза импульса, tи – активная длительность импульса, измеренная на уровне 0,5Um. При не столь явном переходе от переднего фронта к вершине вводят активные длительности фронта и среза – tф и tс. Их Для описания пилообразного импульса используют следующие параметры (рис.3в):



t п.х .- время прямого хода, tо.х. – время обратного хода, скорость нарастания импульса – VUп.х.=Um/ tп.х.,коэффициент нелинейности kн=1-tgj0/tgj1

Для математического описания импульсов непрямоугольной формы наиболее часто прибегают к экспоненциальной функции. Его форма описывается разностью двух экспонент:

u(t) = A(e-b1t - e-b2t). Постоянные времени 1/b2 и 1/b1 описывают восходящую и падающую части импульса. Определим активные длительности tи и tф импульса. Опуская промежуточные вычисления, получим: tи =(2/g+0,78)/j1 tф = 0,55ln(g/(g-1)), где g=b2/b1.

Особую роль в технике приема импульсных сигналов играет колокольный импульс. При такой форме наиболее удачно сочетаются требования сосредоточения энергии импульса как во времени, так и в спектре. Его форма определяется функцией u(t) =

Легко найти для такой формы активные длительности tи и tф импульса. tи =1,66/b, tи =0,72tи .

Представление импульсов во временной области позволяет определять его параметры, энергию, мощность, но не является единственно возможной. Нередко уделяется большое внимание частотным свойствам сигналов. Для этого используется представление сигналов в частотной области в виде спектра, получаемого на основе математического аппарата преобразования Фурье. Знание частотных свойств позволяет решать задачи идентификации сигнала, его фильтрации и т.д. Одним из важнейших частотных характеристик сигнала является ширина его спектра.

Найдем частотный спектр одиночного прямоугольного импульса, описываемого следующей функцией: U

A - /2< t < /2 A

U(t)=

0 t <- /2, t > /2

 

 

- /2 /2 t

 

Частотный спектр этой функции определяется интегралом Фурье:

f(w) = =

= = =

 

Амплитудно-частотный спектр одиночного прямоугольного импульса приведен на рис.4. По оси ординат отложены относительные значения амплитуд гармоник в единицах А , по оси абcцисс – циклическая частота w. Как видно из графика, в спектре преобладают низкочастотные составляющие. Можно показать, что 90% полной энергии сигнала сосредоточено в диапазоне частот от 0 до 2p/ , 95% - до частот 4p/ . Полоса частот, в которой сосредоточено 95% энергии импульса, называется активной шириной сигнала.



Разность частот между соседними гармониками Dw=2p/T, где Т – период следования импульсов. Для одиночного импульса Т= , следовательно, спектр непрерывный. При увеличении числа импульсов в последовательности спектр, приобретает характер линейчатого. Если количество импульсов в последовательности равно 20-30, то спектр, практически можно считать линейчатым. Он состоит из отдельно стоящих компонент спектра, разделенных полосами частот Dw.

Возвращаясь к спектру одиночного импульса можно заметить, что чем короче импульс (меньше ) , тем более широкий спектр должен быть сохранен при передачи сигнала (в противном случае сигнал будет искажен).

· Основные характеристики импульсных сигналов

Для количественной оценки формы импульса и его энергетических показателей вводят следующие основные параметры:

1. Амплитуда импульса Um – максимальное значение ВИ данной формы;

2. Длительность импульса tи – промежуток времени между возникновением и исчезновением импульса, измеряемый либо по длительности основания, либо на уровне 0.1Um либо на уровне 0.5Um (активная длительность). Диапазон длительностей ВИ в промышленной автоматике лежит в пределах от 0,001мкс до 1с.

3. Длительность фронта tф (переднего фронта) или tc (заднего фронта) соответственно равные времени нарастания от 0.11Um до 0.9Um или спада от 0.9Um до 0.1Um импульса. Иногда вводят крутизну фронтов (среза) S отношение амплитуды к tф или tc.

4. Спад вершины импульса (желательно иметь как можно меньшим!) Относительная величина спада . У треугольных, пилообразных ВИ вершины нет, а фронт сразу переходит в срез.

5. Период повторения импульсов Т – отрезок времени между началом (концом) двух соседних однополярных ВИ.

6. Частота повторения (следования) , обратная величине T (колеблется от долей Гц до десятков МГц).

7. Скважность импульса Q - отношение периода Т к длительности tu. – величина безразмерная и всегда больше 1. Одна из энергетических характеристик импульсного устройства, так как отражает накопление больших энергий во время большой паузы и её генерирования во время кратковременного импульса. Величина, обратная скважности, называется коэффициентом заполнения импульсов:



Рис. 99. Видеоимпульсы


Рис. 100. Радиоимпульсы


Для оценки энергетических свойств импульсных устройств и влияния импульса на нагрузку вводят понятие среднего значения импульса (постоянной составляющей) за период или за время длительности импульса:

(61)

Для прямоугольного импульса справедливы выражения:

(62)

Мощность Pи в импульсной технике называют мощностью в импульсе. Если в спецустройстве непрерывно накапливать отдаваемую источником питания мощность, а во время импульсов отдать её, то мощность в импульсе может быть в Q раз больше мощности источника питания! Т. е. .

Действующее значение импульса (напряжения, тока, мощности) находят:

(63)

где – действующее значение соответствующей величины за время t и для прямоугольных импульсов: .

В таблице приведены значения Pср, Uср и Uэф для некоторых импульсов различной формы.


·

· Транзисторный ключ принцип работы

Устройства, выполняющие обработку импульсных сигналов, называются импульсными устройствами. Среди различных импульсных устройств видное место занимают электронные ключи. Через идеальный разомкнутый ключ ток не протекает. Напряжение на идеальном замкнутом ключе равно нулю. Смена состояния ключа происходит под действием сигналов, подаваемых на один или нескольких входов.
Наиболее широкое применение в качестве электронных ключей нашел транзисторный каскад по схеме с ОЭ в классе усиления D (т.е. в ключевом режиме). Схема такого каскада приведена на рис. 15.2. В ключевом режиме транзистор может находиться в одном из двух состояний - в состоянии отсечки или в состоянии насыщения.
В состоянии отсечки ключ разомкнут. Через транзистор протекает только малый обратный ток Iкэо. Напряжение на участке коллектор-эмиттер . Мощность теряемая в транзисторе Ротс =Iкэо×Uк мала, так как мал ток.
Чтобы транзисторный ключ находился в разомкнутом состоянии необходимо подать на базу отрицательное напряжение смещения, т.е. . Для этого часто применяют дополнительный источник смещения - Есм и резистор R2 (пунктир на рис.15.2) При таком включении напряжение смещения создается двумя источниками Есм и источником тока Iкэо, т.е.
. (15.1)
Полагая < 0, получим
,

откуда
. (15.2)
Когда транзистор находится в состоянии насыщения, электронный ключ замкнут. Через транзистор протекает ток насыщения, значение которого ограничивается резистором . Пренебрегая малым напряжением насыщения, можем записать
. (15.3)
Режим насыщения достигается при токе базы
. (15.4)
Как и в режиме отсечки, мощность, теряемая в транзисторе в режиме насыщения, мала, потому что мало .
Ток базы в режиме насыщения создают источники напряжения UВХ и ЕСМ. При этом участок база эмиттер транзистора можно считать закороченным. Поэтому
.
Условие насыщения (15.4) принимает вид
. (15.5)
Выражение (15.5) позволяет определить необходимое значениеR1.
В настоящее время электронные ключи выпускаются в микросхемном исполнении. Например, микросхема К564 КТ3 содержит четыре двунаправленных ключа, предназначена для коммутации аналоговых и цифровых сигналов с током до 10 мА.

· Работа компаратора

Во многих описаниях компаратор сравнивается с обычными рычажными весами, как на базаре: на одну чашу кладется эталон – гири, а на другую продавец начинает подкладывать товар, например, картошку. Как только вес товара становится равным весу гирь, точнее чуть больше, чашка с гирями устремляется вверх. Взвешивание закончено.

То же самое происходит и с компаратором, только в этом случае роль гирь выполняет опорное напряжение, а в качестве картошки используется входной сигнал. Как только на выходе компаратора появляется логическая единица, то считается, что сравнение напряжений произошло. Вот это и есть то самое «чуть больше», которое в справочниках называется «пороговая чувствительность компаратора».


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2017 год. (0.093 сек.)