ББК 32.847 Е78 УД К 621.374 Рецензенты: кафедра Московского высшего технического училища им. Н. Э. Бау- мана (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. М. В. Вамберский); кафедра Московского авиационного института им. Серго Орджони- кидзе (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В. Т. Фролкин) Ерофеев Ю. Н. Е78 Импульсная техника: Учеб. пособие для радиотехн. спец. вузов.—М.: Высш. шк., 1984.—391 с., ил. В пер.: 1 р. 20 к. В книге даны основные сведения об импульсных сигналах; рассмотрены методы анализа процессов, происходящих в импульсных устройствах, линей- ные и нелинейные устройства преобразования импульсных сигналов; изло- жены основы проектирования логических устройств, вопросы построения импульсных устройств на базе операционных усилителей; приведены основ- ные расчетные соотношения для генераторов импульсов, селекторов импульс- ных последовательностей по частоте повторения и длительности; описаны элементы цифровых устройств. р 2402020000—419.33—84 001(01)-84 © Издательство «Высшая школа», 1984 ББК 32.847 6Ф2 ПРЕДИСЛОВИЕ Использование достижений микроэлектроники, вычислительной техники и автоматики во всех областях народного хозяйства стало одной из отличительных особенностей сегодняшнего дня. В Основных ' направлениях экономического и социального развития СССР на 198)—1985 годы и на период до 1990 года отмечено, что необходимо «повысить технический уровень вычислительной техники, приборов и средств автоматизации на основе новейших достижений микро- электроники». Основой разрабатываемых в промышленности импульсных уст- ройств стали интегральные схемы цифрового и аналогового типов. Широкое использование интегральных элементов наложило отпеча- ток на принципы'построения импульсных устройств. Так, с освое- нием промышленностью логических интегральных элементов стали быстро развиваться цифровые методы обработки сигналов и соответ- ственно методы проектирования цифровых устройств. Освоение ин- тегральных микросхем аналогового типа и в первую очередь опера- ционных усилителей обусловило разработку методов построения импульсных каскадов с использованием подобных интегральных компонентов в качестве активного элемента устройства. Основное внимание в данном учебном пособии уделено принци- пам работы интегральных элементов импульсных устройств и постро- ению типовых каскадов на этих элементах. Вместе о тем изучение импульсных устройств на интегральных микросхемах требует пред- варительного освоения методов анализа процессов в простейших импульсных устройствах — разделительных, дифференцирующих и интегрирующих цепях, ключевых каскадах на биполярных и поле- вых транзисторах. Поэтому изучению логических цепей, импульсных генераторов и элементов цифровых устройств предшествует анализ линейных и нелинейных импульсных цепей. Рассмотрение каждой разновидности импульсных устройств за- вершается выводом основных расчетных соотношений. Использование этих соотношений иллюстрируется на примерах, приводимых по мере изложения материала. В связи с многообразием технических решений, используемых в импульсной технике, при ограниченном объеме учебного пособия неизбежен компромисс между глубиной изложения, его доходчи- востью и объемом приводимых сведений. Автор стремился выявить в первую очередь существо физических процессов, протекающих в устройстве. Для эффективного усвоения настоящего курса необходимо знание теоретических основ электротехники, основ теории радиотехниче- ских цепей и сигналов, а также электронных и полупроводниковых приборов. Изучение этих курсов обычно предшествует излагаемому. При подготовке учебного пособия была использована книга «Ос- новы импульсной техники», выпущенная автором в издательстве «Высшая школа» в 1979 г. Автор учел полезные замечания, сделанные д-ром техн. наук, проф. В. Т, Фролкиным (МАИ) и сотрудниками кафедры «Радио- электронные устройства» МВТУ им. Н. Э. Баумана (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. М. В. Вамберский) при рецензировании руко- писи, и выражает им глубокую благодарность. Замечания и предложения по улучшению книги просьба направ- лять по адресу: 101403, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., д. 29/14, из- дательство «Высшая школа». ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ § 1.1. Виды импульсных сигналов Импульсной техникой называют отрасль радиоэлектроники, которая охватывает круг вопросов, связанных с формированием, преобразо- ванием и измерением параметров электрических импульсов. Одиночным электрическим импульсом (импульсным сигналом) на- зывают кратковременное отклонение напряжения (тока) от некоторо- го начального уровня, например от нулевого. Понятие «кратко- временное отклонение» подразумевает сравнение, предполагается, что импульсный сигнал существует в течение короткого интервала времени, который существенно меньше времени наблюдения, посто- янной времени исследуемой цепи или какого-либо другого известного интервала времени. Кроме напряжения (тока) импульсный характер может носить плотность мощности высокочастотного поля, напряженность элект- рического или магнитного поля, поток проникающей радиации и т. д.. В данном курсе рассматриваются только электрические импуль- сы напряжения (тока). При анализе процессов в различных электрических цепях импульс напряжения (тока) может быть представлен в аналитической, графи- ческой или спектральной форме записи. Аналитическая форма записи — это выражение, определяющее закон изменения напряжения (тока) во времени. Важной особенно- стью импульсных сигналов является их разрывной характер, т. е. наличие нескольких участков с различной скоростью изменения напряжения (тока). Поэтому чаще всего аналитические выражения для импульсного сигнала оказываются в разные отрезки времени различными. Например, с помощью равенств и (f) = 0 при — оо < t < 0; u(t) =U^ при 0^/^г; (1.1) и (t) = 0 при т < t < оо. определяют простейший так называемый прямоугольный импульс напряжения. В данном случае исходный уровень напряжения равен нулю. В точке t == 0 происходит скачкообразное изменение напряжения от нулевого уровня до уровня Um, в точке t = т — обратный процесс. Графическая форма записи — это график, выполненный в декар- товой системе координат, где по оси абсцисс в определенном масшта- бе откладывается время t, а по оси ординат — мгновенные значения напряжения u(t) или тока i(t}. По аналогии с графиками, рассматри- ваемыми в курсах «Прикладная механика» и «Сопротивление мате- риалов», график u(t) часто называют эпюрой напряжения. Если график импульсного процесса получен в результате визуальной или "от -/ л Т t Рис. 1.1 Рис. 1.2 Рис. 1.3 фотографической регистрации изображения на экране осциллографа, то такой график называют осциллограммой. Графическая форма записи наглядна и во многих случаях иллюстрирует аналитические зависимости. Например, график на рис. 1.1 иллюстрирует аналити- ческое выражение (1.1). Графическое изображение импульса дает возможность судить о его форме. Импульс получает название по форме геометрической фигуры, образованной его графическим изображением u(t) и осью абсцисс. Форма импульсов, используемых в радиоэлектронике, может быть самой различной, однако наиболее часто встречаются прямо- угольные, треугольные (пилообразные) и колоколообразные импуль- сы. Импульсы прямоугольной формы (рис. 1.1) получили широкое рас- пространение благодаря относительной простоте формирования и большой (в идеализированном случае бесконечной) скорости нара- стания напряжения. Формирование прямоугольного импульса сво- дится к подключению источника постоянного напряжения Е к на- грузке J? на время т с помощью механического, электромеханическо- го или электрического ключа К. (рис. 1.2). Крутые перепады напря- жения, вызванные коммутацией ключа, позволяют получить харак- терную точку для начала отсчета времени при измерении временных интервалов. Импульсы пилообразной формы (рис. 1.3) используют в измери- тельной технике, например: для развертки луча в электронных ос- циллографах, в телевидении, преобразователях вида информации типа длительность — амплитуда, устройствах автоматического регу- лирования. В поисковых системах автоматического регулирования плавно изменяющееся пилообразное напряжение воздействует на какой-либо регулируемый параметр системы до тех пор, пока он не примет требуемого значения. Импульсы колоколообразной формы (рис. 1.4) широко применяют в технике связи, так как они требуют наименьшей полосы частот при передаче. Они обладают узким спектром частот. Эту третью форму представления импульсов называют спектральной. В соответствии с интегральным преобразованием Фурье импульсу u(t) со- +00 ответствует спектральная характеристика S (ю) = Одно- значность соответствия функций S(a>) и u(t) позволяет задавать импульс- ный сигнал и в форме его спектральной характеристики. Комплексная функция S(to) может быть представлена в виде S(co) = S^e'^ m , где S(o)) — модуль, а ф(<в) — фазовый аргумент спектральной функции. Задав функции S( > 2я/т) амплитуды спектральных составляющих малы и доля энергии сигнала, заключенная в них, также невелика. Однако они определяют форму фронтов импульса, и потеря этих составляющих приводит к искажению формы сигнала в окрестности точек разрыва функции u(t), т. е. в точках t = 0 и t == т. Рассмотренные импульсы, представляющие собой односторонние отклонения напряжения (тока), называют видеоимпульсами (от латинского video—видеть)*. Направление изменения напряжения (тока) при формировании видеоимпульса характеризуется его поляр- ностью. Видеоимпульс положительной полярности соответствует уве- личению напряжения (тока) независимо от того, положительны или отрицательны мгновенные значения u(t) и ;'(/). Видеоимпульс отри- цательной полярности формируется при убывании мгновенных зна- чений сигнала. Видеоимпульсы бывают однополярными либо бипо- лярными, но с малым числом изменений полярности за время форми- рования. Кроме видеоимпульсов в электрических цепях могут действовать радиоимпульсы Радиоимпульс — это отрезок гармонического коле- бания, амплитуда которого меняется по закону, соответствующему закону изменения какого-либо видеоимпульса (рис. 1.6), т. е. радио- импульс представляет собой сигнал с высокочастотным заполнением. * Термин «видеоимпульс» заимствован из телевидения. В телевизионной технике с помощью таких импульсов получают изображение на экране электрон- но-лучевой трубки. Наряду с одиночными импульсами в импульсной технике используют се- рии импульсов и импульсные последовательности. Серией (пачкой) импульсов называют группу из конечного числа импульсов, имеющих определенную вре- менную расстановку. Серии импульсов широко используют в радиолокации и в устройствах кодирования информации. Например, сигнал, принимаемый Рис. 1.6 РазрядыП!1гJ + t Рис. 1.7 <., остронаправленной приемной антенной радиолокатора при ее вращении, имеет вид пачек импульсов. Другим примером серии импульсов может служить сиг- нал, представляющий число в цифровых устройствах. При двоичной системе счисления наличие импульса на определенной временной позиции соответствует единице («I») в данном разряде, отсутствие импульса — нулю («О»). Каждому разряду соответствует определенная временная позиция. Серия импульсов, показанная на рис. 1.7, соответствует числу 10. Действительно, 0 • 24 + + 1 • 28 + 0 • 22 + 1 • 2i + 0 • 2° = 10. Каждое слагаемое в левой части последнего равенства состоит из коэффициента, отражающего наличие («I») или отсутствие («О») импульса на данной позиции, и степени числа 2, причем показатель степени соответствует номеру разряда. Число импульсов в импульсной последовательности в отличие от серии тео- ретически бесконечно. Различают периодические, квазипериодические и непе- риодические последовательности импульсов. Периодическая последовательность импульсов напряжения (рис. 1.8, а) должна отвечать условию периодичности u(t)=u(t+T}, (1.2) где - ному - оо •< t <; 4- °°- Параметр Т в (1.2) соответствует минималь- конечному временному интервалу, для которого условие перио- дичности выполняется. Если су- ществует интервал Г, удовлет- воряющий условию 0 < Г < оо, при котором выражение (1.2) справедливо, то оно справедли- во и для отрезков времени, кратных Т, т. е. пТ, где п = 1, _ 2,... Однако периодом последо- * вательности принято называть только наименьшее из этих зна- чений, соответствующее коэффи- циенту п = 1. ~ц Периодическая последователь- ность импульсов является математи- Рис. 1.8 ческой абстракцией, поскольку ре- альный сигнал существует не бесконечно долгое время, а имеет начало и конец. Кроме того, параметры импульсов с течением времени из-за влияния дестабилизирующих факторов могут несколько изменяться, хотя бы на очень малые значения. Практически последовательность импульсов считают перио- дической, если она периодична в интервале наблюдения Тд, где Тц > Т, а отклонения параметров импульсов из-за влияния дестабилизирующих факто- ров малы по сравнению со значением того или иного параметра. Квазипериодическая последовательность импульсов характеризуется тем, что в ней условие периодичности выполняется для одних параметров импульса и не выполняется для других. На рис. 1.8, б моменты появления импульсов периодичны и их длительность одинакова. Однако амплитуда импульсного нап- ряжения изменяется с периодом Гщ, в общем случае не кратным периоду им- пульсной последовательности Т. Из-за этого процесс в целом непериодичен, а лишь имеет элементы периодической структуры. Рис. 1.8, б соответствует амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) импульсных сигналов. Для непериодической последовательности импульсов условие (1.2) не вы- полняется. Такие последовательности могут быть детерминированными и слу- чайными. Для детерминированной последовательности характерно то, что па- раметры импульсов изменяются по закону, хотя и вызывающему нарушение периодичности, но заранее известному. В случайных последовательностях па- раметры импульсов изменяются по случайному закону. На рис. 1.8, в показана случайная последовательность импульсов — так называемая хаотическая им- пульсная последовательность (ХИП). Устройства, в которых происходит формирование или преобразо- вание импульсных сигналов, называют импульсными. Класс импульс- ных устройств весьма широк. В качестве самостоятельных направле- ний импульсной техники можно выделить, например, создание циф- ровых, индикаторных и модулирующих устройств. Цифровые устройства представляют собой базу для вычислитель- ной техники и дискретной автоматики. В таких устройствах чаще всего приходится иметь дело с прямоугольными импульсами или перепадами напряжения, изменяющегося между двумя условными уровнями — уровнем логического «О» и уровнем логической «I». Ло- гические уровни «О» и «I» с конкретным значением напряжения не связаны. Это не какие-либо конкретные мгновенные значения сигнала u(t), а его информационные уровни. Значения сигнала u(t), превышающие некоторый верхний пороговый уро- вень U ni, считаются соответствую- щими логической «I» (рис. 1.9, а). Значения сигнала, меньшие некото- рого нижнего порогового уровня С/п2' полагают соответствующими ло- гическому «О». Сигнал, имеющий два информационных уровня («О» и «I»), называют цифровым. Цифровой сигнал является частным, простейшим случаем квантованного сиг- нала, также используемого в цифровых устройствах. Непрерывная функция u{t) при квантовании заменяется ступенчатой. Различают квантование по уровням, кван- тование по времени и двойное квантова- ние — как по уровням, так и по времени. При квантовании по уровням непрерывную функцию u(t), которая может принимать бесконечное множество различных мгновенных значений, заменяют ступенчатой, которая может принимать ограниченное число возможных значе- ний, соответствующих уровням квантования. Переход от одного уровня кванто- вания к другому может происходить в общем случае в произвольные моменты времени. При квантовании по времени выделяют дискретные моменты времени t^, <2, ••., Ц и для них определяют мгновенные значения сигнала U{t\), U(t^), ..., U(tt) — выборки сигнала. В интервале времени от t, до tn.i функцию считают неизменной и равной 1/(^). Значения [/(<;) в этом случае могут быть произволь- ными, При двойном квантовании дискретными являются как значения ?,, так и значения L/(f,). Данный случай проиллюстрирован рис. 1.9, б, где А< — шаг квантования по времени; Д(/—шаг квантования по напряжению. В дискрет- ный момент времени /; = (Д< функция u(t) принимает мгновенное значение, лежащее в интервале между feA(/ и (fe + 1)АУ. На участке от <, до <;+t ее счи- тают неизменной и равной feAL/. Дискретное значение feAU можно задавать цифровым кодом. Шаг квантования Д< зависит от характера спектра сигнала u(t). Если верхняя частота спектра ограничена и имеет значение сод, то согласно теореме Котельникова функцию u(t) можно восстановить по выборкам, взятым через интервал времени Л< = 1/2/в, где /в = юу/(2л). Соответственно таким следует брать и шаг квантования. Шаг квантования по напряжению Д(/ при- кодится выбирать, учитывая как точность воспроизведения функции u{t), так и сложность устройства квантования* Индикаторные устройства служат для отображения информации, заключенной в импульсных сигналах, в виде, удобном для восприя- тия оператором. Индикаторные устройства радиолокационных стан- ций и индикаторные части осциллографов могут служить примерами подобных устройств. Модулирующие устройства позволяют осуществить импульсную модуляцию сверхвысокочастотных колебаний, например, в радио- передающих устройствах. Рассмотренными примерами не исчерпывается область использо- вания импульсных устройств. Они широко применяются также в телеметрии, телеуправлении и многих других областях радиоэлектро- ники. Несмотря на большое разнообразие импульсных устройств, суще- ствуют определенные совокупность приемов их анализа и номенкла- тура схемотехнических решений, а также общность в физических процессах, лежащих в основе работы различных импульсных уст- ройств. § 1.2. Параметры электрических импульсов Графическое изображение импульса дает общее представление о характере изменения сигнала, но неудобно при расчетах. Для рас- четов импульсных устройств импульс стараются описать конечным и по возможности небольшим числом параметров. Параметры импуль- сов делят на основные, производные и дополнительные. Основные параметры характеризуют импульсы любой формы не- зависимо от их назначения или способа получения. Их всего три — амплитуда Umi длительность т и период следования Г. Последний 10 параметр определяют только для периодических последовательно- стей импульсов. Амплитуда импульса U^n. — это максимальное значение импульс- ного отклонения напряжения (тока) от начального уровня. Амплитуда импульса, имеющего форму, близкую к прямоугольной, показана на рис. 1.10, где Нц^—начальный уровень напряжения. Амплиту- Рис. 1.10 Рис. 1.11 да импульса напряжения имеет размерность вольт (В) и выражается в вольтах либо в величинах, производных от вольта — киловольтах (1 кВ = 108 В), милливольтах (1 мВ = 10~3 В), микровольтах (1 мкВ == 10"6 В). Амплитуда импульса тока имеет размерность ам- пер (А). Длительность импульса т — это интервал времени от момента появления импульса до момента его окончания (см. рис. 1.1). При использовании реальных импульсов, например импульса на рис. 1.4, у которого скорость изменения напряжения на начальной и конечной стадиях мала и выделить «начало» и «конец» затруднительно, отсчет длительности ведут с использованием заранее оговоренного уровня напряжения—0,1 Um или чаще 0,5 i/m- Длительность импульса определяют как интервал между точками пересечения этого условно- го уровня графиком импульсного напряжения. Длительность им- пульса, измеренную на уровне 0,5 Umi называют активной. В ряде случаев для описания импульсов непрямоугольной формы исполь- зуют понятие энергетической длительности Тд. Реальный импульсный сигнал u(f) заменяют прямоугольным с той же амплитудой и энергией (рис. 1.11). Энер- гия заданного импульса +00 W= fy2^)^. .—°° Для прямоугольного импульса с амплитудой U^ и длительностью Тц энер- гия W == tyU2^. Исходя из равенства энергий, получим +00 { и2 (t) dt Тд= W ~и2 Длительность импульса выражается в единицах времени — се- кундах (с) или производных от нее — миллисекундах (1 мс = 10~3 с), микросекундах (1 мкс == Ю"6 с), наносекундах (1 не = 10'9 с). II Определение периода следования импульсов было дано в § 1.1. Период Г, как и длительность т, имеет размерность времени. Производные параметры получают из основных путем пересчета. К ним относятся частота повторения импульсов F, коэффициент за- полнения Kg, скважность q. Частоту повторения импульсов определяют из соотношения F = 1/Ти измеряют числом импульсов в секунду (имп/с). Часто, как и в случае гармонических сигналов, один период колебания в секунду обозначают как герц (Гц) и частоту импульсов выражают в герцах и производных от этой величины единицах — килогерцах (1 кГц == W Гц), мегагерцах (1 МГц = 10е Гц). Коэффициент заполнения импульсов Ку= = т/Т характеризует степень «заполнения» периода колебаний. Па- раметр К.з является безразмерным. Скважность импульсов q является величиной, обрат- ной коэффициенту заполнения: q = Т/т. Параметр q также безраз- мерный. Последовательность импульсов, характеризующуюся боль- шими значениями q (q == 100 — 1000), называют радиолокационной; последовательность, у которой q == 2, т. е. т = Т/2, — меандровой («меандр» — узор в виде прямоугольной волны в орнаментах древних греков). Зная скважность, легко вычислить такие характеристики импульсных сигналов, как средняя мощность, среднее значение (по- стоянная составляющая) напряжения. Пример 1.1. Зная скважность q, вычислить постоянную составляющую пе- риодической последовательности прямоугольных импульсов с амплитудой Um- Решение. Последовательность прямоугольных импульсов характе- ризуется основными параметрами L/пг, т и Г. Постоянную составляющую этой последовательности определяют в соответствии с формулами для коэффициен- 1 (г тов разложения периодического процесса в ряд Фурье: Uy = — \ и (<) dt. 1 о" Сигнал в течение периода Т отличен от нуля только в интервале 0 ^ t < т, 1 (' т. е. U у = — \ u(t)dt. При этом u(t) ==' 1/щ = const., следовательно, Г Т Отсюда .(1.3) Положение уровня t/o импульсов показано на рис. Рис. 1.12 на графике последовательности прямоугольных 1.12. Дополнительные параметры служат для характеристики специфических отличий конкретного импульса, описания его «тон- кой» структуры. Число этих параметров и даже состав зависят от формы рассмат- риваемого импульса. Так, для импульсов, по форме близких к прямоугольным, в качестве дополнительных параметров ис- 12 пользуют длительность фронта импульса, длительность среза импуль- са, коэффициент спада вершины, амплитуду и длительность послеим- пульсного выброса, сопутствующего импульсу при его формировании или передаче, коэффициент колебательной составляющей, наклады- вающейся на импульс. Длительность фронта прямоугольного импульса t^ называют время нарастания импульсной составляющей напряжения u(t} от 0,1 Urn, до 0,9 U т (рис. 1.13, а). Длительность среза импульса ty характеризует время перехода импульсного напряжения (тока) к исходному уровню. Если импульс Рис. 1.13 не имеет явно выраженной плоской части (вершины), то tc определяют по аналогии с длительностью фронта как время убывания импульс- ной составляющей от 0,9 V т До 0,1 U'т- Если импульс имеет плоскую часть (вершину) и в процессе его формирования наблюдается сниже- ние (спад) этой части, то для нахождения ty выделяют точку К, на участке перехода от вершины к срезу импульса и отмечают соответ- ствующее ей напряжение U^, а затем рассчитывают длительность среза как интервал времени, в течение которого напряжение изменя- ется от 0,9 U к до 0,1 UK (рис. 1.13, б). Параметры 4 и ty выражаются в секундах. Коэффициент спада вершины импульса ^ = А[//С/„ (1.4) где MJ = Um безразмерная. (/к. Коэффициент спада вершины Кс — величина Графическое изображение импульса, имеющего послеимпульсный выброс напряжения (хвост) и искажение вершины за счет наложения паразитных зату- хающих колебаний, показано на рис. 1.14. Амплитуду [/в и длительность ty этого выброса определяют в соответствии с рассмотренными правилами вычис- ления ?амплитуды и длительности импульсов. Значение колебательного выброса оценивают безразмерным коэффициентом Кп = U-silUnn где С/в1 — амплитуда первого выброса зату- хающего колебания, накладывающегося на вершину исследуемого импульсного сигнала. Импульсы треугольной (пилообраз- ной) формы не имеют вершины, и до- полнительные параметры здесь иные. Время нарастания напряжения (тока) Рис. 1.14 13 от начального уровня до амплитудного значения называют длительностью прямого хода /дх- Время убывания напряжения от амплитудного значения до начального уровня называют дли- тельностью обратного хода <„х (см. рис. 1.3). Важнейшим дополнительным параметром является коэффициент нелинейности пилообразного напряжения К у. Он характеризует изменение скорости нарастания напряжения за время прямого хода: du dt du dt (1.5) du где du dt \t=0 t=t dt \t=o — скорость нарастания напряжения в начале прямого хода; _du dt — скорость нарастания напряжения в конце прямого ас г='пх хода. Поскольку графический смысл производной функции — тан- генс угла наклона касательной, то tg«i tg°o где Сто — угол наклона касательной к функции u(t) в точке с абсцис- сой t == 0; »1 — угол наклона касательной к функции в точке t == =/их. Коэффициент нелинейности К,ц—величина безразмерная; иногда его выражают в процентах. Для идеально линейного прямого du du I хода, когда наклон касательной не изменяется и —— == —— , dt <=о dt Нпх в соответствии с (1.5) Ка==0- Для реальных устройств формирования пилообразного напряжения значение К я может составлять доли — десятки процентов. Иногда в качестве параметра линейно изменяющегося напряже- ния используют скорость нарастания напряжения k = Urn/tax- Она выражается в вольтах, деленных на секунду. Дополнительным параметром импульсного сигнала, не связанным сего формой, а характеризующим качество устройства формирования импульса, является коэффициент использования напряжения источника питания K^U^IE, (1.6) где Е — напряжение источника питания. У транзисторных устройств К.» == =» 0,9 — 0,95, у ламповых Кц '= 0,6 — 0,7, т. е. использование напряжения питания в ламповых схемах несколько хуже. Другие параметры импульсов, характеризующие, например, период или глубину модуляции сигналов, диапазон перестройки или регулировки частоты повторения, длительности и т. д., носят более частный характер и здесь не рас- сматриваются. § 1.3. Методы анализа импульсных процессов При анализе работы импульсных устройств требуется математическое описание переходных процессов, возникающих при действии или формировании импульсов. В зависимости от решаемой задачи для этого применяют классиче- ский, операционный (операторный) или суперпозиционный метод, метод дис- 14 кретного преобразования Лапласа и др. Напомним сущность первых трех ме- тодов как наиболее употребимых. Методы итерации и булевой алгебры будут рассмотрены в последующих главах непосредственно при решении задач на основе этих методов. Классический метод. При использовании данного метода соотношения между токами и напряжениями в цепи записывают в виде дифференциального урав- нения. При составлении дифференциального уравнения используют ряд законов и теорем, определяющих связь между токами и напряжениями в элементах ра- диотехнических цепей. Приведем основные из них. 1. Закон Ома: <д(<) «=• йд(<)//?. Данное соотношен зависимость тока через резистор R от напряжения на нем. Un(f)lR. Данное соотношение характеризует du,. (t) или dt коммутации: 1ц (f) = С 2.Первый закон где Удо с=' "G (^ ПPИ ^ Еа 0 — начальное зна- "c(0=yco+—i\ (0^, с о" чение напряжения на конденсаторе в момент времени / == 0. Данное соотношение связывает напряжение на конденсаторе С и ток через него. Из последнего соотношения следует, что при любом конечном токе in (t), заряжающем конден- сатор С, напряжение на нем скачком измениться не может (графическое истол- кование ингеграла — это площадь фигуры, ограниченной осью абсцисе и гра- фиком функции — в данном случае графиком тока in (t) — в пределах от нуля до момента времени t; значение указанной площади нарастает по мере увели- чения t обязательно от нуля). di д (t) 3. Второй закон коммутации: u„(t)=L ——— , или - dt 1 ^ гд (t) при t '=' 0 — начальное значение Рис. 1.15 Рис. 1.16 'ь (0 = /LO + -у" J "L (/)^» где /у, - тока в индуктивной катушке. Соотношение связывает напряжение на индук- тивной катушке L и ток через нее. Из последнего соотношения, в частности, следует, что при любом конечном изменении напряжения на индуктивной ка- тушке L ток через нее не может увеличиться скачком. п 4. Первый закон Кирхгофа: 7^(/)=0. Согласно этому за- k=i кону алгебраическая сумма токов в узле электрической цепи равна нулю. Здесь токи, втекающие в узел, имеют один знак, например, принимаются положитель- ными, а токи, вытекающие из узла,—другой знак, например, считаются от- 4 3 рицательными. Согласно рис. 1.15 ^^k (0=0 или | 4 (О I =° Zi 'ft (^' где fe=l fe=i токи t^i), ;g(0 и is(t) приняты положительными, а ток i^ff) — отрицательным. 5. Второй закон Кирхгофа: ^.Мй+^^й^О. Согласно k=\ k=\ этому закону алгебраическая сумма падений напряжения на элементах элект- рической цепи ид и э. д. с. источников напряжения е^ в замкнутом электриче- ском контуре равна нулю. Например, для замкнутого контура, показанного на рис. 1.16, ei + йд ' я = (^ — «i ' " п Г1 ^ _ . ei -г ид — е^ = 0, или йд == йа — е!' ^ак как "л == 'л^' т0 - v^ ^i)/R- 6.Теорема об эквивалентном генераторе. Она от- носится к числу вспомогательных и имеет следующий смысл. Любую сколько угодно сложную электрическую цепь можно разделить на области Лий (рис. 1.17, о), соединенные только двумя проводниками. Одним из таких про- водников может быть общая шина («корпус»). Область Л по отношению к об- ласти В можно заменить источником напряжения ?gK с выходным сопротивле- нием R^ (рис. 1.17, б). Замена будет справедлива, т. е. напряжения и токи в области В не изменятся, если э. д. с.-Еу» равна напряжению на выходе области Л при отключенной области В (в режиме холостого хода для области Л), а со- противление /?ац — сопротивлению области Л между выходными проводни- ками, измеренному для случая, когда все источники напряжения в этой области замкнуты, а все генераторы тока — разомкнуты. Пример 1.2. Найти эквивалентные напряжение и сопротивление делителя R^R^, к выходу которого присоединена нагрузка Н (рис. 1.18, а). Решение. Разобьем изображенную цепь на две области, разделенные условной линией, проходящей через точки а и Ь. Область, находящаяся левее условной линии, относится к зоне Л, нагрузка Н — к зоне В. Используем тео- рему об эквивалентном генераторе. При отключенной нагрузке Н напряжение между выходными зажимами и„д = ER^/(Ri + R^), т. е. Еду = ER^i(R^ + Рг)' Замкнув источник Е в зоне Л, получим, что резисторы У?( и R^ оказываются включенными параллельно. Тогда Ддд == RlR<^l(R^ + /?а). Видоизменение цепи после использования теоремы об эквивалентном генераторе проиллюстрировано рис. 1.18, б. Если нагрузкой Н является конденсатор С, то после подобного преобразования изображенная цепь сведется к последовательному соединению резистора Rg^ и конденсатора С. Этот вывод будет далее широко применяться при подсчетах постоянных времени подобных цепей. При использовании классического метода решение сводится к следующему. С помощью уравнений Кирхгофа записывают равенство, выражающее связь между токами и напряжениями в отдельных элементах цепи. На основании перечисленных ранее соотношений токи и напряжения на элементах выражают через искомый параметр, например через напряжение на выходе цепи. В резуль- тате получают дифференциальное уравнение, порядок которого соответствует числу независимых реактивных накопителей энергии в цепи. Это уравнение 16 решают каким-либо известным математическим методом, например методом ха- рактеристических уравнений. Пример 1.3. Определить напряжение на конденсаторе С в цепи, показан- ной на рис. 1.19, после переключения ключа К, из положения 1 в положение 2. Решение. После переброса ключа и^ = ид = u(t). Справедливы сле- 1 'Г дующие соотношения: а) и (t) = U^Q——— \ I If) dt (знак «минус» перед с 8 интегральным выражением свидетельствует о разряде конденсатора С); б) ;'(/) = о du(t) dt == u(t)iR; в) U со = Е. Тогда и (t) = Е —-— \и (f) dt. Дифференцируя обе RL f) 1 части полученного равенства, найдем, что =0. При реше- Wf Л\ ^ нии этого дифференциального уравнения методом характеристических уравнений неизвестную функцию u(t) и ее производные нужно заменить сте- пенями переменой р, причем u(t) будет соответствовагь член р" = 1, ——— — at d^u (0 член р1 == р, ——— — член р- и т. д. В рассматриваемом случае получим О, имеющее единственный корень характеристическое уравнение р + 1/(/?С) pi = -l/(RC). В общем виде решение дифференциального уравнения при известных кор- V р.' нях характеристического уравнения имеет вид и (/)== /. Лд е " , где Лд — коэффициенты слагаемых. В данном случае, при единственном корне p^, т. е. при п = 1, u(t) == Л^е^. Значение коэффициента A^ можно определить из на- чальных условий: при t = 0 u(f) == A^. Учитывая, что при / < 0 ключ К. на- ходится в положении ./, и используя первый закон коммутации, получим, что при / == 0 u(t) = U^o^ Е. Отсюда AI = Е, и искомая функция u(t) == UQ {t) изменяется по закону Up (i) = Ee~f^f{c) (рис. 1.20). Операторный метод. При описании переходных процессов в электрических пепях операторным методом от действительного переменного / переходят к ком- плексной переменной р = о- + /">, где о и /со — действительная и мнимая части переменной р. Функции u(t) переменной / (оригиналу) соответствует функция И(р) комплексной переменной р (изображение). Переход от u(t) к U(p) осуще- ствляют с помощью прямого преобразования Лапласа: U оо (р) = f и (0 е~^ dt. do (1.7) Для импульса, существующего в течение ограниченного отрезка времени т, уравнение (1.7) принимает вид т U (р) = f и (t) е~"' dt. 6 Усложнение расчетов, связанное с введением этих соотношений, кажущееся, так как в действительности преоб- разование Лапласа позволяет заменить операции дифферен- цирования и интегрирования на более простые операции умножения и деления. Если функция u(f) в соот- ветствии с (1.7) имеет изображение U(p), что кратко обозначим u{t} -+ U(p), то и' (t)-^ pU (р) — и (0); 'Г..,.^ ..-^L , Р где ^Т;^!;^.'.^^,"^.?..""?™.^^";".^ ций У'У) и Г" (<)^ принимают вид и' (0 - рУ (Р); t L(0d<- t7(p) (1.8) т. е. получаются путем умножения и деления изображения U(p} на перемен- ную р. Последовательность решения задач операторным методом сводится к сле- дующему. Сначала вводится обозначение изображения искомой функции, на- пример выходного напряжения U(p). С помощью (1.7) вычисляют изображение заданного входного сигнала, воздействующего на цепь. Затем составляют урав- нение, соответствующее второму закону Кирхгофа для исследуемой цепи. При этом все токи и напряжения в цепи с помощью (1.8) выражают через U(p) и ре- шают полученное равенство относительно U(p}. Зная изображение U{p), пере- ходят к оригиналу искомой функции G помощью обратного преобразования Лапласа: С+1'00 " (0=——t UW^dp. (1.9) ^1U J с—t'oa Практически вместо использования соотношения (1.9) обращаются к уже готовым, заранее составленным для наиболее характерных случаев таблицам соответствий u(t) и U{p) или известным формулам обращения. Пусть, например, функция U(p) представлена в виде U(p) = а(р)1Ь(р}, где а(р), Ь(р) — многочлены, причем степень числителя меньше степени знаме- нателя, а знаменатель Ь(р) не имеет нулевых или кратных корней. Тогда (1.10) где pfe—корень знаменателя; п—число этих корней; А^ ==> a(p&)/b'(pfe); Ь' (Ph) — значение производной знаменателя по переменной р при р == рь. Фор- мулу обращения (1.10) называют первой формулой Хевисайда. Если функция U(p) представлена в виде l/(p) = a(p)lpb(p), т. е. знамена- тель в числе прочих имеет и один нулевой корень, то п !- (0 == А» + ^ ^ е k=\ .. ч\- & -i.V A. epk . (1.11) а(0) a (Pk}_ где р^ — корни многочлена &(р); А, — ^ ^ ; -4ft р^у ^ Формулу (1.11) называют второй формулой Хевисайда. 18 Из других разновидностей изображения U{p) в данном курсе встретится изображение вида U (р): где a„ =• const, а знаменатель имеет один нулевой корень и один ненулевой корень p^ второй кратности. В этом случае оригинал имеет вид а(0= (1.12) Уравнение (1.12) — один из частных случаев записи третьей формулы Хевисай- да. Формулы Хевисайда широко исполь- зуют для вычисления оригиналов иско- мых функций. Пример 1.4. Найти напряжение на резисторе R цепи, изображенной на Рис. 1.21 Рис. 1.22 рис. 1.21, а, после замыкания ключа К в момент времени У = 0, т. е. определить выходное напряжение /?С-цепи при воздействии на ее вход ступеньки напря- жения Е. Решение. Для рассматриваемой цепи при t > 0 уравнение, соответ- ствующее второму закону Кирхгофа, записывают в виде Е == UQ (t) + Ыд(<). Для сокращения записи обозначим йд(<) == и(<). По первому закону Кирх- гофа г'р = 1д => t. Согласно закону Ома i = u(t}IR. При нулевых начальных условиях ^-^f^^J"^ о о Переходя к изображениям, запишем u(t) —* U(p). В соответствии с (1.7) постоянное напряжение Е имеет изображение Е/р. Согласно (1.8) „./л-.-^ "с (О-» PRC Уравнение, соответствующее второму закону Кирхгофа, в операторной Е 1 U (р) Е форме записывают как —==—-———-\-U[p), откуда U (р) ==——. р RC р p-\-\l(RC) Полученное выражение удовлетворяет тем требованиям к изображению, которые были оговорены при записи первой формулы Хевисайда. Для нахождения ори- гинала используем выражение (1.10) при а(р) = Е = const, Ь(р) = р + 1/(/?С), Ь'(р) 1=э 1 =э const. Знаменатель b(p) имеет единственный корень pi, который на- ходят из соотношения р + l/(RC) '=' 0. Таким образом, pi == —1/{RC). Со- гласно (1.10) и (0 = ?e' График u(t) показан на рис. 1.21, б. (1.13) 19 Пример 1.5. Определить напряжение на выходе цепи, изображенной на рис. 1.22, а, после замыкания ключа К. Решение. Уравнение, соответствующее второму закону Кирхгофа, для исследуемой цепи принимает вид Е == Ur(t) + и^ (t) + u(f), где u(f) = == Уд(<) = ид (t). Согласно первому закону Кирхгофа i = (д + t'c. Так как t н == u(t)/R, lc = С — = Си' (t), то t =— и (I) + Си' (t). Используя соот- dt R ношения, рассмотренные в начале данного параграфа, получим Тогда Е == LCu"(t} + (-i + гС ) и' (0 + (i + ^-) " (0. или 1 , г о. ' + ^ 2 Введя обозначения 7>7> "г ~Г" = - ; ——г7——=:(00 • получим, что i\C L LC ?/(?C) = u"[t) + 25u'(t) + c^u(t). Перейдем к изображению искомой величины. Пусть «(<)-» U(p}. Тогда при нулевых начальных условиях согласно (1.8) и'(t) -» pU(p}, u"(t} —>•P2t/(p). Постоянная величина E/{LC) имеет согласно (1.7) изображение E/(pLC) Урав- нение, соответствующее второму закону Кирхгофа, в операторной форме запи- сывают как E!(pLC) = р2 У.(Р) + 28pt/ (р) + »|У (Р), откуда U(p)= Е!(Щ (1.14) где р (р2 + 26p+»j0 a(p)=?/(LC)=ao=const; {, (р) = ра + 2 Sp Корни многочлена (1.15) p^-^v (1.15) (1.16) Если 6 =,fc coo, то выражение (1.14) удовлетворяет тем требованиям, которые были оговорены при записи второй формулы Хевисайда (1.11). Если 6 = о>о, то Ь(р) имеет кратные корни и (1.14) удовлетворяет тем требованиям, которые были оговорены при записи третьей формулы Хевисайда (1.12). Рассмотрим возможные варианты решения. 1. Пусть В > (од. Тогда оба корня многочлена Ь(р)—действительные. Согласно (1.16) pi =—6 + со, где м = |/ 52—со^ ; рг =—fi—(в- т.е. p^ = —(6 — <я); р, = —(6 + <")• Производная знаменателя • - • ^ -л» г> /„ i fc\ (1.17) Ь- (р) = 2р + 25 = 2 (р + ' 20 Тогда b'(pj) == 2<о; &'(ра) a —2о> = —6'(pi). Величина 6(0) определяется соот- ношением 6(0) = со^, вытекающим из (1.15). Согласно (1.11) pi—i где 9j = —1/pi, ва =' —1/Ра- ?/(LQ Выражение д можно преобразовать так: E/(LC) U,Q Е/(Щ где /Сд - Rf(R + г). Соответственно выражение образом: E/(LC) E/(LC) l+r'R LC E/(LC) Pi—Pa E l+r/R 1 -=Kyp R+r можно видоизменить следующим 1 „ ^ "О2 О^Я6 2 (» Pi—Pa 2<о 2 1+r//? LC -t/в, Г 2 / Тогда ^^ 1+-^ в,е-^-е,е-^ 2 (о 2. Пусть 6 < о)о. Тогда корни уравнения Ь(р) = 0—комплексно-сопря- женные: pi = —6 + /<"; Ps =s —0 — /а>, где to = j I/ ю^ — S2 ; i = •y —1. Согласно (1.17) 6'(pi) '^ 2/'(о; Ь'[р.^ = —2/'(о. В соответствии с (1.11) оригинал Е/(Щ -ы /w Е/(Щ —Sf —just е е -St jmt е е +' 2 /» (8 + /") 2/со( — 8 + /о,) iwt +; —8+;M 8 + /ft) г. S, /ш< | . /(0< » ——/tl>f . ——;W ? —8< 8e 4- /сое —8е + f^e = д ZG е 2 ^ (8^ + ^) Так как б2 + (о2 = <о^; fi ? 1+^//? „ р 2 LC=~ГT^Г~^~=KЛ 0' т0 /W —/W / со/ —Jwf\ е + е 8 е — е м (0 = Кр.Е 1 — е В соответствии с формулами Эйлера {'ш1 —j(»t е +6 '= cos wt; jwt —J'tllt e — e 2/ -= sin (<><. Тогда и (0 = /Сд ? I — е cos wl + — sin wt . При б < (ио(этот случай называют случаем малого затухания в цепи) величина 6/<в < 1 и ей можно пренебречь. Следовательно, u(t) => К.цЕ({ — е"6' cos (о<). 21 3. Пусть б = <о„. Тогда p^ = р^ ,,/л ?/(LC) ставить в виде (У (р) == ——————— -S. Изображение (1.14) можно пред- В соответствии с (1.12) и (0== 1_е " (1-80 Так как в данном случае б2 == (йо2, то ?/(LC62) = ^?. Отсюда u(Q == /Сд^И — e-s< (1 — б<)]. Иногда соотношение между 6 и юу выражают относительной величиной г == б/то. Используя выражения для 6 и юц, г можно выразить через параметры цепи, показанной на рис. 1.22, а, так: =0,5 ЙС4' L 1 + ^ LC ^-+^ R Р Используя обозначения Яд = RI(R + г); р = V L./C , ^ получим г == Первый рассмотренный случай соответствует г > 1; процесс — апериодиче- ский. Второй случай соответствует г < 1; процесс—колебательный. Случай г == 1 называют критическим. Он определяет границу между зонами апериодического и колебательного режимов. График выходного напряжения для апериодического, колебательного и критического режимов показан на рис. 1.22, б. Во всех случаях напряжение на выходе стремится к установившемуся значению Кдй. Коэффициент /Сд имеет смысл коэффициента деления входного напряжения Е в установившемся режи- ме, когда влиянием реактивных параметров можно пренебречь. Суперпоэиционный метод. Часто трудности анализа импульсного процесса вызваны не столько сложностью исследуемой цепи, сколько сложностью воз- действующего на цепь импульсного сигнала. В таких случаях при анализе ли- нейных цепей можно применять принцип суперпозиции: входной сигнал пред- ставляют в виде суммы более простых (элементарных) воздействий, находят отклик цепи на каждое из этих воздействий, а потом для получения выходного сигнала суммируют все указанные отклики. Элементарные воздействия, на ко- торые разбивается входной сигнал, могут быть f(t)\ произвольными. Чаще всего используют еди- 1_____,____^_ ничную функцию (функцию включения), еди- ничный импульс, гармоническую функцию. При использовании единичной функции данный ме- тод носит название метода интеграла Дюамеля, при использовании единичных импульсов — ме- тода 6-функций или функций Дирака, при ис- пользовании гармонических функций — сводится к спектральному. Рассмотрим суперпозицион- ные методы анализа на примере метода инте- грала Дюамеля. Как было отмечено, в качестве элементар- ного воздействия в этом случае используют еди- ничную функцию, или функцию включения. Единичной функцией u[t) называют функ- цию, удовлетворяющую равенствам u(f) == 0 при t < 0 и u(t) =» 1 при <> 0 (рис. 1.23, а). Для единичной функции принято использовать обо- значение 1 [t). Амплитуда перепада напряжения в момент t = 0 составляет 1 В. Если включение проис- Рис. 123 22 ходит с запаздыванием относительно момента времени / = 0 на значение Тц, то такую функцию называют запаздывающей (рис. 1.23, б) и обозначают ц(—то). Если перепад напряжения при включении составляет не 1 В, а Д(/, то соответствующую ему функцию можно записать как Д(/ • 1(1) или, в случае запаздывания, как &.U • \(t—То). Функция &.U • l(t—То) показана на рис. 1.23, в. Аналогичным образом можно представить и более сложные воздействия. Пусть, например, на четырехполюсник, показанный на рис. 1.24, а, воздей- ствует напряжение, форма которого изображена на рис. 1.25. Реакция четырехполюсника на еди- ,, ничную функцию считается известной и опреде- ляется формой переходной характеристики че- тырехполюсника h(f) : Увых(/) = ^(t)h(t). Поскольку при t > 0 \(f) == 1В == const. то функция h(t) соответствует выходному напря- Рис. 1.24 Рис. 1.25 жению четырехполюсника при действии на его вход единичной сту- пеньки напряжения (рис. 1.24, б). От функции «вых(0 зависимость h(f) от- личается только размерностью: значения h(t} безразмерны. Таким образом, переходную характеристику h(t) всегда можно найти экспериментально или расчетным путем. Функция tig^t), показанная на рис. 1.25, в общем случае имеет ненулевое начальное значение: при t == 0 Uy-s(f) <= йвх(О). Напряжение «вх(О) соответ- ствует амплитуде начальной ступеньки напряжения при аппроксимации задан- ной функции ступенчатой. Эту ступеньку напряжения аналитически можно записать как йвх(О) • !(<)• Отложим по оси t одинаковые интервалы То, как это делалось при квантовании функции по времени (см. § 1.1). Приращение вре- мени на То вызывает появление дополнительной ступеньки напряжения с пере- падом Ug^kXy) — u^[(k — 1)Тц] и запаздыванием feTg, где k '=• 1, 2, З... Первая такая ступенька напряжения запишется как AL/j • \(t—То), вторая—как А(/з • \(t — 2то), k-я — как ДС/д • \(t — kty). Реальный сигнал u^(t) будет аппроксимирован ступенчатой функцией вида fc=i Чем меньше То и чем большим числом ступенек напряжения аппроксими- рована функция u^i,(t), -тем меньше отклонение аппроксимирующей функция от заданной. Используя аппроксимирующую функцию, можно вычислить напряжение на выходе четырехполюсника с переходной характеристикой h(f) следующим образом. Учитывая, что появление единичной функции !(<) вызывает на выходе отклик h(t), a запаздывающей единичной функции \(t—ty)—отклик h(t — —То), определим напряжение, которое аппроксимирующая функция должна Дать на выходе четырехполюсника как "вх (0)/г (0 + ^ Л УА/^ -/"о). 23 При бесконечном уменьшении интервала времени То аппроксимирующая функция совпадает с заданным входным напряжением "вх(^)' При этом значение тд превращается в бесконечно малую величину dt, а значение kty — а текущую переменную т, последовательно принимающую значения от нуля до текущего момента времени t. Значение ДУд можно вычислить так: ступенька напряжения AL/h появляется в текущей точке с абсциссой т; значение функции Uy-^f), соот- Рис. 1.27 ветствующее этой абсциссе, равно ОвхСО- Значение производной заданной функ- ции Ивх(0 в этой точке и^(т;). На малом интервале dx функция Ывх(0 ч каса- тельная к функции в исследуемой точке практически совпадают (рис. 1.26). Тогда A(7fi == dttgol, где (х — угол наклона касательной к функции u(t) в точке (t. "Bx("t)L Отсюда ДУй=^(т)йт. Используя указанные видоизменения At/ft, To и feTo и учитывая, что при п бесконечном уменьшении То бесконечная сумма ^ превращается в интеграл, <г=1 получим выражение для выходного напряжения: t "вых (0 = "вх (0) h (I) + J ы„(т) /i (< - т) dr. (1.18) о Формулу (1.18) называют суперпозиционным интегралом, формулой свертки или интегралом Дюамеля. Она широко используется при анализе переходных процессов в линейных цепях. Пример 1.6. Определить напряжение на вы- ходе ^С-цепи при подаче на ее вход линейно воз- растающего напряжения. Исследуемая цепь пока- зана на рис. 1.27, график входного напряжения — на рис. 1.28, а. Входное напряжение "вх(0 = О "Р" t < 0 и Um(t) = kt при t > 0, где k — коэффициент пропорциональности, определяющий крутизну или скорость нарастания напряжения, В/с. Решение. В данном случае Mgx(O) == 0; и '^(t) == k = const в любой точке при t > 0. От- сюда и (т) == k. Для использования (1.18) оста- лось определить переходную характеристику цепи h(t). Из решения, приведенного в примере 1.3, из- вестно, что такая цепь при воздействии на вход ступеньки напряжения с перепадом Е дает выход- ной сигнал вида Квых(0 = Ee'f/WC)^ Ее^/6, где 24 Q = RC. Эта формула справедлива при любых значениях Е. Но при Е = е= 1В выходное напряжение численно совпадает с переходной характеристикой цепи h(t), т. е. h(t) = е~1/6. Выражение для запаздывающей функции h(t — т) можно записать в виде h(t — t')==&~(t—t)l» == е^/в е- 0 является монотонно убывающей. Все значения ее положительны. Максимальное значение функции U-m = Е соответствует моменту времени / = 0. Минимальное значение функции равно нулю, дости- гается при t—>- оо и является ее предельным значением. Стремление функции к этому предельному уровню происходит асимптотически. Для достижения пре- дельного уровня теоретически требуется бесконечно большое время. 2. Скорость уменьшения значений экспоненциальной функции определя- ется постоянной времени 9. Постоянная времени численно равна отрезку вре- 25 мени, в течение которого^^.ение э с ^ и^ ^к^и У^^^^^^^^^^^ -ри^а-^^^ед^н^^"°с^^ времени 6 следует непосредственно из ^-^ сТтветТтв^иТо^лением 6 имеетразмерность времени. Для рас- смотренных ранее последовательных RL-цепеи /^ гч/ч где С выражается в фарадах (Ф), R имеет размерность ом (Ом) т. е. 1 с == = 1 Ф • 1 Ом или 1 с == 1 мкФ • 1 МОм. Можно показать, что для последовательной RL-цепи e=L/R. (1.23) где L выражается в генри (Гн), т.е. 1 с == 1 Гн/1 Ом. Геометрический смысл постоянной времени — подкасательная к экспонен- те. Подкасательной называют проекцию на ось абсцисс отрезка касательной, проведенного между точкой касания и точкой пересечения с упомянутой осью. Наклон касательной к экспоненте (1.21) отрицателен. Производная к экспонен- те записывается в виде и' (f) =—— е^7®. В точке t = 0 крутизна наклона у касательной, определяемая соответствующим значением производной, «'(0) == = —?7Q. Тогда аналитическая запись касательной к экспоненте в точке с абс- циссой t == 0 имеет вид (1.22) р / t \ ж^-т^Т-т) (1.24) Эта прямая пересекает ось ординат в точке /(0) = Е и ось абсцисс в точке t == в. Таким образом, подкасательная численно равна в. Можно показать, что подкасательная равна 8 не только для t == 0, но и для любого другого мо- мента времени. 3. Время, в течение которого экспоненциальная функция достигает задан- ного значения, пропорционально в. Пусть задан уровень напряжения Е[, при- чем 0 < ?) < Е. Требуется определить время т, в течение которого экспонен- циальное напряжение изменится от Е до Еу (рис. 1.29). Из (1.21) при t == т ?i=3 = ?e-^/e. Отсюда е^/е == Е1Е^, или i=ein?/?'i. (1.25) Из (1.25), в частности, следует, что для достижения уровня E^ == 0,05 Е требуется время т w 3Q, а для достижения уровня ?'i = 0,007 Е — время т w w 5 в. Уровни (0,007—0,05) Е существенно меньше начального значения экспо- 26 ненты и(0) == Е и близки к предельному (нулевому) значению функции. По- этому интервал времени т = (3 — 5) 9 практически считают временем затухания экспоненциальной функции. Во многих случаях экспоненциальная функция задает только один из чле- нов выражения, задающего функцию u(t), в то время как другие члены этого выражения — постоянные величины. Например, функцию, ' показанную на рис. 1.30, при t > 0 можно записать как и (t) = U (оо) + Ле (1.26) - т. е. по значениям U(tf) и U(t^ и постоянной времени в. Согласно выражению (1.27) U (^) = U (оо) + [U (0) - U (оо)] е^'78 ; U (f,) = U (оо) + [U (0) - U (оо)] е"^9 . Соответственно , uw-uw uw-uw U(oo)-U(t^) 2 U (оо) -U(^) Тогда 9\ 1п.^°°)-^(0) _ U(^-U(0) 1 _ L LI(oo)-U(l^) U(w)-U{t^\~~ т. e. Д<=| (1.2S) Пусть {/(оо) = E; «(/i) = 0; ^ = т; ^(У = Е^= Е — Е^ Тогда согласно (1.28) Д/ == т = ein?7?'i, т.е. результат совпадает с получаемым из (1.25), если при использовании (1.25) начальное зна- чение экспоненты и ее значение в момент t == т отсчитывать от предельного уровня. Пример 1.7. Определить длительность фронта импульса напряжения, нарастаю- щего по закону u(f) = E(l — е-'/9). График указанного напряжения приведен на рис. 1 .о1 • Решение. В данном случае (/(0) =3 == 0, t/(oo) == Е. Согласно определению дли- тельности фронта импульса |(см. §1.2) (ф == '=^2—ti, где ^отсчитывают по уровню 0,1?. Рис. 1.31 27 , ^-по уровню 0,9 Е. т.е. ^)=0,1 Я; tW = 0,9 ?. Тогда согласно (1.28) , . ein^^-^ein-^—eu^^e. ^.i—^" 1п р_п.9Н 0.1 ?—0,9? т. е. (1.29) Иногда длительность фронта импульса приближенно считают равной вре- мени затухания экспоненциального члена: 1л w 36. 4. Экспоненциальную функцию можно разложить в ряд Маклорена: »(,>,E.-.-E[?^+<=^+±4F+-] • Так как 01 =1, 11 == 1. 21 == 2, то , t , t2 y(0=?|i--e"+2e"2' (1.30) Если ограничиться рассмотрением начальных значений экспоненты, абс- циссы которых лежат в окрестности начала координат, то можно использовать условие t < 9. Тогда tlQ < 1 и высшими степенями отношения оо, т.е. при разрыве данного участка цепи, tg «->-О, и в. а. х. приближается к горизонтали. Идеальный генератор напряжением е имеет постоянное выходное напря- жение, не зависящее от значения подключенной нагрузки. Его в. а. х. можно описать соотношением и =- е =• const. Это вертикаль, проходящая через абс- циссу и = е (рис. 2.2), Рис. 2.2 О U Рис. 2.3 Рис. 2.4 29 Идеальный генератор тока /д создает в нагрузке постоянный ток, значение которого не зависит от нагрузки. Его в. а. х. можно описать соотношением (' = /о = const. Это горизонталь, проходящая через ординату i == /д (рис. 2.3) Двухполюсники, составленные из линейных элементов, также обладают линейными в. а. х. Например, цепь, состоящая из последовательно включен-' ных резистора R и источника напряжения е (рис. 2.4), имеет в. а. х. вида (' =з = {и — e)/R (рис. 2.5). Характеристика отсекает отрезок —eIR на оси ординат Рис. 2.5 и отрезок е на оси абсцисс. Наклон характеристики определяется значением сопротивления резистора R в цепи, представленной на рис. 2.4, сдвиг по оси абсцисс — значением напряжения е. Цепь, составленная из параллельно включенных резистора R и генератора тока /о (рис. 2.6, в), имеет в. а. х., описываемую соотношением i = /ц •{~~~ и. R График этой характеристики представляет собой прямую линию, отсекающую отрезок —IyR на оси абсцисс и отрезок /о на оси ординат (рис. 2.6, б). Наклон характеристики по-прежнему зависит от значения сопротивления резистора R рассматриваемой цепи. Для линейных цепей с постоянными параметрами применим принцип супер- позиции. Например, для описания процессов в линейных цепях можно использо- вать методы, основанные на применении интеграла Дюамеля (см. § 1.3), или методы гармонического анализа. В последнем случае прохождение каждой гармонической составляющей сигнала рассматривают отдельно, независимо от других. В выходном сигнале будут присутствовать составляющие только тех частот, которые имелись во входном сигнале. Новых гармонических сос- тавляющих в линейной цепи появиться не может. Преобразования и искажения формы импульсного сигнала объясняются только изменением распределения амплитуд и начальных фаз составляющих, имеющихся в спектре сигнала, при прохождении сигнала через исследуемую цепь. Основные разновидности линейных импульсных цепей, используемых для передачи и преобразования импульсных сигналов (разделительные, укорачи- вающие, дифференцирующие и интегрирующие цепи, линии задержки), рас- сматриваются в последующих параграфах данной главы. § 2.2. Разделительные цепи Во многих импульсных устройствах требуется, сохранив связь импульсных каскадов по переменной (импульсной) составляющей, обеспечить разделение соседних каскадов по постоянному напряже- нию (току). Эта задача возникает, например, при передаче импульса с выхода одного усилительного каскада, где исходное постоянное напряжение велико, на вход другого, где исходный начальный уровень постоянного напряжения существенно меньше. Различие в на- чальных уровнях напряжений исключает непосредственную связь 30 каскадов и требует введения специальных разделительных цепей обеспечивающих передачу импульсной составляющей сигнала но разделяющих каскады по постоянному напряжению (току) При этом импульсная составляющая сигнала должна передаваться с минималь- ными искажениями (рис. 2.7). На рис. 2.7 U^ ^ - высокий началь- ный уровень постоянного напряжения на выходе первого каскада, Рис. 2.7 Рис. 2.8 т. е. на входе разделительной цепи; ^нач.вых — существенно меньший начальный уровень постоянного напряжения на входе следующего каскада, т. е. на выходе разделительной цепи. Сам импульс при пе- редаче сохраняет свою форму и амплитуду. Основными требованиями к разделительной цепи являются: а) по возможности большая степень развязки каскадов по постоянному напряжению (току); б) как можно меньшее искажение формы импульс- ных сигналов. В реальных цепях развязка по постоянному току не будет идеальной: наличие тока утечки приводит к тому, что некото- рая доля тока из входной цепи передается в выходную. Искажения импульса также имеют место и важно, чтобы эти искажения не пре- вышали заданного значения. Линейные разделительные цепи можно создавать, используя кон- денсатор или импульсный трансформатор. В первом случае построе- ние цепи основано на том, что постоянный ток через конденсатор про- текать не может, а постоянное напряжение не создает тока в цепи с конденсатором. Так как г'д == С —с- (см. § 1.3), то при Uc == const dt ic = 0, т. е. ток через конденсатор отсутствует, и напряжение на элементах, включенных после него, не создается. Использование импульсного трансформатора основано на другом явлении: включе- ние первичной обмотки трансформатора в цепь постоянного тока при- водит к появлению постоянного магнитного потока Ф. Напряжение на вторичной обмотке ву, пропорционально производной магнитного потока: вд = ш„ —— , где аУз — число витков вторичной обмотки. dt Так как при постоянном токе Ф = const, то напряжение на выходе трансформатора также равно нулю и постоянный ток не создает ре- акции на выходе. В то же время переменная (импульсная) составляю- 31 СЕЛЕКТОРЫ ИМПУЛЬСОВ § 10.1. Определение и классификация Селекторами импульсов (от английского select — выбирать, см. § 3.7) называют такие устройства, которые могут выделить из некоторой со- вокупности различных сигналов импульсы с заданными параметрами. Условия работы селекторов и технические требования, предъявляемые к ним, весьма разнообразны. Иногда необходимо передать на выход устройства импульс с заданными параметрами, обеспечивая при этом наименьшие иска- жения. Однако чаще требуется получить только отклик устройства на импуль- сы с заданными параметрами, причем характер отклика может быть произволь- ным, В последнем случае устройство селекции называют квазиселектором. Рассматриваемые в данной главе устройства по существу являются квазисе- яекторами. В соответствии с перечнем основных параметров импульсных сигналов (амплитуда, длительность, период повторения—см. § 1.2) различают селек- торы по амплитуде, длительности, периоду или частоте повторения. Признаком селекции может служить и временное положение импульса. Селекторы, осуще- ствляющие выделение импульсов с заданным временным положением, называют временными. Каждый из этих селекторов может решать различные функциональные задачи: выделять импульсы, у которых значение селектируемого параметра меньше или больше заданного значения; выделять импульсы, у которых зна- чение селектируемого параметра лежит в заданном диапазоне или соответствует с определенной степенью точности какому-то определенному фиксированному значению. § 10.2. Амплитудные селекторы В амплитудных селекторах параметром селекции является ампли- туда поступающих на вход устройства импульсов. Рассмотрим типо- вые разновидности амплитудных селекторов. Селектор импульсов, амплитуда которых превышает заданный уровень. Такой селектор работает по принципу ограничителя «снизу». Его простейшая схема совпадает с приведенной на рис. 3.73. Источ- ник напряжения Еу задает порог ограничения. При поступлении на вход устройства импульсов амплитудой, меньшей Ео, диод Д остается запертым, напряжение на выходе схемы постоянно и равно Ео. В том случае, когда амплитуда выходного импульса Um превышает зна- чение ?'o. Диод отпирается и передает сигнал на выход селектора. На выходе схемы появляются импульсы амплитудой Uт вых == ^т — — Ео, имеющие начальный уровень Ео. Зависимость выходного сиг- нала от времени показана на рис. 10.1. 374 Селектор импульсов, амплитуда которых равна магч-шчи^ч..,,.. ...... Рис. ю.1 меньше ее на значение, не превышающее заданного Ео. Такой селек- тор называют селектором максимальной амплитуды Особенность работы схемы состоит в том, что максимальная амплитуда импульсов Um»x в большинстве случаев является не постоянной величиной и может изменяться в известных пре- делах. При этом обязательным эле- ментом селектора должен быть фик- сатор вершины импульсов (см. §3.8) Он является первым функциональ- ным узлом селектора, схема которо- го показана на рис. 10.2, а. После фиксатора импульсы, имеющие амплитуду С/тах, своими вершина- ми «привязаны» к нулевому уров- ню (график Ui на рис. 10.2, б). Селекторы подобного вида часто используют для выделения синхро- низирующих импульсов в телевиде- нии, поэтому на рис. 10.2, б в качестве входного сигнала Ывх взят те' левизионный сигнал. С фиксатора вершины импульсов напряжение MI поступает на вход ограничителя, построение которого было рас- смотрено в предыдущем примере (см. рис. 3.73). Отличие состоит толь- ко в том, что опорный уровень постоянного напряжения Ец отрица- телен. Он численно равен заданному допуску на максимальную ампли- туду. В промежутке между импульсами напряжение на выходе уст- ройства равно —Ео. Импульсы с амплитудой, меньшей Umax — Ец, на выходе устройства изменения напряжения не создают. Селектор импульсов, амплитуда которых меньше заданного зна- чения ?p. Данное устройство (рис. 10.3, а) состоит из селектора С "в^ Фиксатор |^| Ограни- ^вых ^\ Вершины [~*| чите/ib г"*" О Рис. 10.2 импульсов, амплитуда которыл превышает заданное значение Еу\ расширителя импульсов Р, р качестве которого можно использовать заторможенный релаксационный генератор, например ждущий муль- тивибратор; устройства задержки импульсов D, которым может слу- жить искусственная линия, и схемы совпадения. Работу схемы поясняют графики напряжений, показанные на рис. 10.3, б. На выходе амплитудного селектора С сигнал и^ появля- ется лишь в том случае, когда ампли- туда входного импульса L/m ~> ЕО. Импульсы, появляющиеся на выходе селектора, расширяются расширите- лем Р и становятся равными по дли- тельности величине т > т„ + Tg, где Тц — длительность входных импуль- сов; Тз — время задержки в элементе D. На время действия импульса рас- ширителя Р напряжение на первом входе схемы совпадения соответству- ет уровню логического «О». Поэтому сигнал, амплитуда которого превы- шает значение Ец, не дает отклика на выходе схемы совпадения. Если -nJ-L 1ЯГ "te ляп Рис. 10.3 S) Рис. 10.4 ^т<Ео, то изменения сигнала и^ во время действия импульса не про- исходит, т. е. обеспечивается соотношение Ui = ?o = const. и сигнал ^я запуска расширителя Р не вырабатывается. В этом случае сигнал иг соответствует логической «I», и входной импульс, передаваясь че- рез элемент задержки D на второй вход схемы совпадения, вызывает появление импульса на ее выходе. Селектор импульсов, амплитуда которых находится в заданном диапазоне Е^ < Um< Еу В качестве составных элементов исполь- зуют два амплитудных селектора, выполненных по схеме рис. 3.73. Селектор ACi (рис. 10.4, а) имеет опорное напряжение Ei, селектор АСч — опорное напряжение Е^. На выходе амплитудного селектора 376 ACi отклик дают только те импульсы, амплитуда которых больше ?i. Соответственно на выходе амплитудного селектора АСг отклик соз- дают те импульсы, амплитуда которых больше Ez (рис. 10.4, б). На- пряжение Ui с выхода селектора ACi поступает на вход усилителя-ог- раничителя УО, который, не изменяя полярности импульсных состав- ляющих сигнала Ui, приводит вершину импульсов к уровню логиче- ской «I», а основание — к уровню логического «О» (график u^(t} на рис. 10.4, б). Сигнал и.ч с выхода селектора ЛСз подается на вход ин- вертора. Инвертор изменяет полярность импульсных составляющих сигнала и приводит вершины этих составляющих к уровню логиче- ского «О», а основание—к уровню логической «I» (график Uy(f) на рис. 10.4, б). Сигналы Uy, и «4 подаются на входы схемы совпадения, выполняющей операцию Ывых = "з"4- Во время действия импульса при V т. < Ei 113 =- 1, и^ = 0 и "вых = 0. ш)и ^т > •?'2 Ыз = 0> "4 = 1 и Увых = 0- Лишь в случае, когда Ei < V т < Ez, входные импульсы вызывают появление сиг- нала на выходе устройства. § 10.3. Селекторы импульсов по длительности При построении селекторов импульсов по длительности использу- ют различные технические приемы: преобразование длительности им- пульса в амплитуду пилообразного напряжения с последующим при- менением методов селекции по амплитуде; счет числа тактовых импуль- сов, поступающих на устройство за время действия входного импуль- са; сравнение длительности поступающих сигналов с длительностью известного импульса или известным временем задержки. Существует большое число принципиальных схем селекторов длительности. Рас- смотрим наиболее характерные из них. Селектор импульсов, длительность которых превышает заданное значение Тд. Структурная схема такого селектора, в котором исполь- зован принцип преобразования временного интервала (длительности) в амплитуду выходного сигнала, показана на рис. 10.5, а. В селекто- ре использованы два основных элемента — преобразователь длитель- ности в амплитуду и амплитудный селектор. В качестве преобразователя временного интервала (длительности т входного импульса и^) в амплитуду напряжения Ui может быть использован генератор пилообразного напряжения с внешним стро- бом. При зарядке накопительного конденсатора С такого генератора постоянным током /о напряжение на конденсаторе в течение действия -^-t. С внешнего строба нарастает по линейному закону Ыд (t) Амплитуда напряжения на конденсаторе пропорциональна длитель- ности внешнего строба т: U^ = —°- т. В данном случае стробом являет- Ci ся входной импульс u^(f). Входные импульсы имеют различную длительность. На выходе преобразователя получим импульсы Ui(t) раз- ной амплитуды. 377 Амплитудный селектор выделяет импульсы с амплитудой, превы- шающей заданное значение Ео. Одна из возможных схем такого се- лектора показана на рис. 3.73. Входным импульсам малой длитель- ности соответствуют малые значения амплитуды Urn. напряжения Ui(t). Это напряжение не достигает уровня Ео (рис. 10.5, б) и не соз- дает изменения выходного на- пряжения схемы. Сигнал на выходе изменяется лишь в том случае, когда длитель- ность импульсов Ывх(^) пре- вышает граничное значение То. Длительность т - С ^s Тд — L, —— . 'о При необходимости на вы- ходе устройства может быть установлен формирователь импульсов, который преобра- зует сигналы Ывых(0 в им- пульсы стандартной формы. Селектор импульсов, дли- тельность которых меньше заданного значения Тд. На рис. 10.6, а показана схема такого селектора, в котором использован принцип сравне- ния длительности входных импульсов с известным вре- менем задержки входных сиг- налов, обеспечиваемым ис- кусственной линией задерж- ки D. Устройство работает следующим образом. Входной импульс Ывх(0 подается на элемент задержки D. Сигнал Ui(t) на ее выходе по форме повторяет входной сигнал, но имеет запаздывание на время Тз относительно входного. Сигнал ii].(t) поступает на вход дифференцирующей цепи. Сигнал u^t) на выходе этой цепи представляет собой совокупность двух коротких импульсов — положительного, соответствующего переднему фронту задержанного импульса Mi(^), и отрицательного, соответствующего срезу импульса Ui(t}. Сигнал u^(t) поступает на вход ограничителя по минимуму е ну- левым порогом ограничения. На выход ограничителя передаются толь- ко положительные импульсы сигнала Uz(t), как показано на 378 рис. 10.6, б. Напряжение йз(/) с выхода ограничителя поступает на первый вход схемы совпадения. На второй вход этой схемы подается сигнал u^{t) с выхода инвертора. Здесь u^(t) =- Uss(t)- Импульс на выходе схемы совпадения появляется только в том случае, когда зна- чение сигналов Us(t) и u^(t) соответствует уровню логической «I». Если сигнал Ua(t) появлялся на входе схемы совпадения в то время, когда еще не закончился входной импульс, имеющий большую длительность, то сигнал на выходе схемы не вырабатывается. Сигнал на выходе селектора появляется только в том случае, когда длительность вход- ного импульса т меньше граничного значения То, где То = Tg. § 10.4. Селекторы последовательностей импульсов с частотами повторения, превышающими заданное граничное значение Указанные селекторы иногда называют частотными реле. Под частотным реле понимают импульсное устройство, входное напряже- ние которого от частоты повторения входных импульсов имеет релей- ную зависимость вида, показанного на рис. 10.7, а, б. Функцио- нальная схема частотного реле, использующего селектирующие свой- ства расширителя импульсов, представлена на рис. 10.8, где Р — расширитель импульсов, выполненный, например, с тиристорным раз- рядным каскадом по схеме рис. 7.22, а; НИЦ — нелинейная инте- грирующая цепь, т. е. интегрирующая цепь с существенно неодина- ковыми постоянными времени при зарядке и разрядке накопительного конденсатора (значительной постоянной времени при зарядке конден- сатора и очень малой — при разрядке); К. — компаратор напряжения с порогом включения [/о uвl,tЛ „7" „0"\ Будем считать, что для расширителя Р длительность выходных им- пульсов То = \IFy, где FQ — граничная частота частотного реле (см. рис. 10.7). Тогда при F < Fy на выходе расширителя вырабатываются импульсы, синхронные входным, имеющие ту же частоту F и длитель- ность То, При F ~> FQ на выходе расширителя Р вырабатывается по- стоянное напряжение, близкое к напряжению питания -\-Е (см. §5.3). Постоянная времени НИЦ при зарядке накопительного конденсатора такова, что за время То напряжение на кон- денсаторе (т. е. на выходе цепи) не сможет превысить Uo. Пусть постоянная времени НИЦ при раз- рядке бесконечно мала. Тогда при F > Fy между выходными импульсами расширителя Р "Sux „'" а) „О" -L р НИЦ б) Рис. 10.7 Рис. 10.8 379 всегда имеется пауза Т — т-о, где Т =. 1/F, достаточная для полной разрядки конденсатора НИЦ. Каждый выходной импульс расширите- ля Р воздействует на НИЦ при нулевых начальных условиях и, как было отмечено, не вызывает срабатывания компаратора К. Процесс зарядки конденсатора носит принципиально иной характер при F > ~> Гц. В этом случае на выхо- де расширителя Р вырабаты- вается постоянное напряже- ние, близкое к -\-Е и не имеющее каких-либо пауз. Зарядка конденсатора НИЦ от постоянного напряжения ^ЧЬ^/ 1 Ч' '———4L I Jr^ приводит к тому, что через некоторое время, необ- ходимое для нарастания на- <а- г- пряжения на конденсаторе рис- 1°-9 до значения Uo(Uo < Е), ком- паратор /< включается и уро- вень напряжения на его выходе изменяется. Компаратор напряжения может иметь различную форму выходного сигнала — в виде импульсов напряжения, как, например, регенера- тивная схема сравнения (см. § 6.9), или в виде потенциального уров- ня, как, например, компаратор на операционном усилителе. Поэтому частотное реле может имеет импульсный или потенциальный выход. Будем считать, что выход частотного реле является потенциальным. Принципиальная схема частотного реле, работающего по данному принципу, показана на рис. 10.9. На тиристоре P,i и транзисторе T^ выполнен расширитель импульсов с регенеративным разрядным кас- кадом, схема которого аналогична схеме рис. 7.22, а. Конденсатор Сз является накопительным конденсатором НИЦ. При запертом тран- зисторе Ti этот конденсатор заряжается через резисторы Rg и г^. При включенном транзисторе Ti конденсатор Сз разряжается через резис- тор /"g с небольшим сопротивлением, служащий для ограничения раз- рядного тока, и коллекторную цепь включенного транзистора Ti. При Rg » г^ постоянная времени цепи зарядки оказывается во мно- го раз больше постоянной времени цепи разрядки конденсатора Сз. Резистор Рз совмещает функции нагрузочного резистора выходного каскада расширителя и зарядного резистора НИЦ. Порог срабаты- вания компаратора Vi, выполненного на основе операционного уси- лителя, задан источником напряжения Пу (0 < Uy <. Е^. Частотное реле, показанное на рис. 10.9, работает следующим образом. При отсутствии входных сигналов Uex(t) транзистор Ti на- сыщен (см. §7.7). Напряжение на инвертирующем входе операционно- го усилителя соответствует значению (Уцн i w 0. Так «как С7цн i« « Uo, то на выходе устройства поддерживается положительный уровень выходного напряжения. При поступлении на вход импульсов с частотой повторения F < < Fy расширитель вырабатывает собственные импульсы длитель- ностью То. На время формирования выходного импульса расширителя 380 транзистор T^ запирается. Конденсатор Сз после запирания тран- зистора Ti начинает заряжаться; постоянная времени зарядки кон- денсатора ©дар = Сз(Д?э + г^- К моменту окончания выходного им- пульса расширителя напряжение на конденсаторе Сз достигнет зна- чения U с == ?i(l_е—^ч/^зар). Компаратор У ^ переключается толь- ко в том случае, когда напряжение на его инвертирующем входе пре- вышает значение Uy. Постоянную времени ©зар выбирают такой, чтобы за время действия одного импульса расширителя Р напряже- ние на конденсаторе Сз не могло возрасти до значения Uo, т. е. чтобы выполнялось неравенство (10.1) Тогда зарядка конденсатора Сз за время Тц не вызывает переключе- ния компаратора Vi, и выходное напряжение "вых<^) останется не- изменным. После окончания выходного импульса расширителя кон- денсатор Сз быстро разряжается через резистор /"g и включившийся транзистор Ti; постоянная времени разрядки ©р == Су(г^ Ч-^кн!). К приходу следующего импульса входной последовательности u^(t) конденсатор Сз успевает полностью разрядиться, процессы в частот- ном реле при повторном срабатывании расширителя протекает ана- логично, и выходное напряжение «вы^) по-прежнему остается не- изменным. Если же на вход частотного реле поступает последовательность входных импульсов с частотой повторения F >> Fy, где Fy = 1/Тд, то транзистор Ti оказывается запертым (см. § 5.3). Конденсатор Сз за- ряжается от напряжения +?i длительное время. Через интервал вре- мени ©зар 1" __Ei_ E,-U, (10.2) после прихода первого импульса напряжение на конденсаторе Сз пре- высит пороговый уровень Цц, напряжение «вызс(^) на выходе компара- тора Yi скачком изменяется до отрицательного значения. На выходе частотного реле появляется сигнал, несущий информацию о воздей- ствии последовательности импульсов с частотой повторения F > Fg. Основными параметрами частотного -реле являются: граничная частота Fy, время задержки включения ty вкл и время задержки вы- ключения <звыкл- В данном устройстве Fy = I/T(), откуда вытекает требование к длительности выходного импульса расширителя: Тц == ==l/Fo- Время задержки включения определяется соотношением (10.2). Исходя из (10.1) эта задержка не может быть менее to' откуда следует, что <з вкл '> 1^о- Выключение частотного реле начинается сразу же после того, как выключается транзистор Ti расширителя. Как отме- чено в § 5.3, этот процесс происходит с задержкой на Тц после оконча- ния последнего входного импульса. При ©р <^ ©ддр ty дщнл w ''ч»- Следовательно, ^ дыкл < ^ вкл- Влияние конечного значения постоянной времени 0р на работу частот- ного реле. Резистор г^ имеет хотя и малое, но конечное сопротивление. Вслед- 38) ствие этого значение постоянной времени вр всегда конечно. Разряд конден- сатора Сз происходит с конечной скоростью и при частотах повторения импуль- сов, немного меньших Fy, напряжение на конденсаторе Сз к приходу очередного импульса не успевает уменьшится до нуля. Для описания процессов, проис- ходящих в частотном реле при 9р =^= 0, будет считать, что на входе частотного реле действует последовательность импульсов с частотой повторения F < Fy, конденсатор Сз заряжается в течение действия вы- ходного импульса расширителя Р с постоянной времени взар и разряжается в промежутках между этими импульсами с постоянной времени Qp ^ 0. Цепь перезаряда конденсатора Сз полностью соот- ветствует рис. 2.57, если считать, что С = Сз, R = /?з, г = г^. Тогда, с учетом (2.37), можно сделать вывод о том, что срабатывание частотного реле вследствие накопления заряда на конденсато- ре Сз возможно и при частотах F < Fy, вплоть до граничной частоты 1 -'. 1 e я/ зар -Opin ^ п-"р"' , с, 1-Упор-е »' ^Р где .(/пор = Uo/Ei. В диапазоне от Fy до Fy время задержки вклю- чения реле может изменяться. Если для идеального частотного реле (вр= 0) время задержки включения при F > Fy неизменно, не зависит от частоты F и определяется соотношением Е ' бзар!" а при F < Fy теряет смысл, поскольку •з.вклО E-Uy включение реле невозможно (рис. 10.10, а), то для частотного реле с вр -Ф- О задержка будет увеличиваться по мере уменьшения частоты до значения Рц', принимая при F = Fy бесконечно большое значение (линия, отражающая уве- личение <звкл в диапазоне Fy — Fy, показана на рис. 10.10, б условно пункти- ром, поскольку реальная функция имеет сложный характер с разрывами пер- вого рода). Включение частотного реле при Fy < F < Fy имеет несколько воз- можных режимов, зависящих от конкретных параметров реле. В частности, возможно «дребезжание» реле, т. e. чередование значений логического «О» и логической «I» перед окончательным включением реле. Однако реально при ®р < бзар область Fy — Fy узка (она тем меньше, чем меньше отношение вр/9зар), поэтому обычно наличие этой области не учитывают. Использование частотных реле и каскадов запрета позволяет по- лучать более сложные схемы селекторов импульсов по частоте повто- рения, например полосовые селекторы, вырабатывающие сигнал при Fm\n < F < ^юах, где fmin и F„ax — граничные частоты заданного диапазона. § 10.5. Цифровые селекторы последовательностей импульсов с частотами повторения, находящимися в заданном диапазоне Полосовой селектор импульсов, работающий на цифровом прин- ципе обработки информации, показан на рис. 10.11, где ГТИ—ге- нератор тактовых импульсов, вырабатывающий периодическую по- следовательность импульсов с периодом Ту, меньшим периода вход- Рис. ю.11 ных импульсов Т; СЧ — счетчик импульсов, имеющий счетный вход Т, вход сброса R и выходы разрядов, в том числе некоторый промежу- точный выход N и выход более старшего разряда К; Л и 7\; — триг- геры типа RS; Ф — формирователь импульсов, вырабатывающий ко- роткие входные импульсы по срезу входного сигнала (можно считать, что формирователь Ф является элементом задержки, осуществ- ляющим задержку входного сиг- нала на длительность входного импульса Тв^). В данном селек- торе Т„ах=2/< Г„; Т„,п-2^То. выходные импульсы передаются на выход в том случае, когда счетчик СЧ в промежутке между входными импульсами успевает отсчитать число, превышающее Tmm -= 1/^max, то не успевает ОТСЧИТаТЬ ЧИСЛО Тщах = l/^min. При finin < F < Fmax работа селектора протекает так: появле- ние первого входного импульса приводит к появлению выход- ного ипульса формирователя Ф, срабатывающего по заднему фронту входного сигнала. Импульсом формирователя счетчик СЧ устанавли- вается в положение, соответствующее логическому «О» на выходе каждого разряда, и триггеры Ti и 7^ устанавливаются в положение, соответствующее логическому «О» на прямых выходах. Далее счетчик СЧ начинает отсчитывать тактовые импульсы, и после отсчета 2^-го тактового импульса на его выходе появляется сигнал логической «I», который устанавливает 7?5-триггер Ti в состояние, соответствую- щее логической «I» на прямом выходе. Так как Т <: Ттах, то к при- ходу очередного входного импульса К.-н разряд счетчика не успеет сра- ботать и ^5-триггер Тд остается в положении, соответствующем ло- гическому «О» на прямом выходе и логической «I» — на инверсном. Во время воздействия очередного импульса обеспечивается соотноше- ние Xi == 1, Xg = 1, Хз = 1. Поэтому очередной входной импульс передается на выход конъюнктора, после чего происходит сброс счет- чика СЧ и ^5-триггера 7\ импульсом формирователя Ф, и процессы в устройстве повторяются. Импульсы входной последовательности с частотой повторения Fmin < F < ^max, начиная со второго, пе- редаются на выход селектора. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данном учебном пособии рассмотрены лишь основные, относи- тельно простые импульсные каскады и устройства. Вместе с тем им- пульсная техника, как отрасль радиоэлектроники, продолжает ин- тенсивно развиваться, и используемые технические решения непре- рывно совершенствуются и усложняются. Перспективы развития импульсной техники в настоящее время связываются с такими направлениями, как: — совершенствование больших интегральных схем (БИС) для построения импульсных устройств (БИС позволяют реализовать мини- атюрные многоразрядные счетчики, регистры, полупроводниковые запоминающие устройства, микропроцессоры); — поиск новых прогрессивных методов создания интегральных компонентов (транзисторно-транзисторных логических элементов с диодами Шоттки, элементов, инжекционной логики, МДП-структур); — применение гибридных интегральных элементов, сочетающих аналоговые и цифровые импульсные каскады, например интеграль- ных таймеров, цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразова- телей. Такие импульсные устройства, как правило, с повышенной инте- грацией элементов и более сложные с точки зрения протекающих про- цессов в данной книге не рассматриваются. Однако изложенный в учебном пособии материал дает возможность перейти к самостоя- тельному изучению подобных устройств и методов проектирования аппаратуры на их основе, СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Гольденберг Л. М. Импульсные устройства. — М.: Радио и связь, 1981. 2. Фролкин В. Т., Попов Л. Н. Импульсные устройства. —М.: Советское радио, 1980. 3. Ерофеев Ю. Н. Основы импульсной техники. — М.: Высшая школа, 1979. 4. Самойло К. А: Метод анализа колебательных систем второго порядка. — М.: Советское радио, 1976. 5. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппа- ратуре. — М.: Советское радио, 1979. 6. Яковлев В. Н. Микроэлектронные импульсные генераторы. — Киев: Тех- ника, 1982. 7. Аналоговые и цифровые интегральные схемы/ Якубовский С. В., Бар- канов Н. А., Кудряшов Б. П. — М.: Советское радио, 1979. 8. Проектирование и применение операционных усилителей: Пер. с англ. / Под ред. Дж. Грэма, Дж. Тоби и Л. Хьюлсмана. — М.: Йир, 1974. ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ Автомат конечный 233 Амплитуда импульса 11 —— — на выходе автоколебательного мультивибратора 278 — — — — — релаксационного гене- ратора на ОПТ 317 — — — — блокинг-генератора 297 — — — — генератора прямоуголь- ных импульсов с нормированной длительностью на ОПТ 317 — — — — — пилообразного напря- жения с интегрирующей /?С-цепью 326 — — — — — — — — зарядным транзистором 329 — — — — — треугольного напря- жения 346 — — — — ждущего мультивибрато- ра на биполярных транзисторах 251 — — — — интегрирующей ^С-цепи 63 — — — — разделительной /?С-цепи 51 — — — — транзисторного фантаст- рона 341 — — — — укоразивающей LCR-це- пи 49 ————— RC-шт 52, 55, 57 Бинарная пересчетная ячейка 355 Блокинг-геператор 292 — — автоколебательный на биполяр- ном транзисторе 298 — — в интегральном исполнении 301 Булева алгебра 146 Вейча диаграмма 159 Время восстановления 195 — — блокинг-генератора 297 — — ждущего мультивибратора на биполярных транзисторах 256 — — — — — — — с цепью фикса- ции напряжения на коллекторе за- пертого транзистора 265 — — — — — — — — эмиттерным повторителем в цепи восстановле- ния 269 — — — — на тиристоре 319 — — — — — универсальных логи- ческих элементах И—НЕ 271 — задержки включения логического элемента 175 — — выключения логического эле- мента 175 — — среднее 176 Генератор импульсов линейно изме- няющегося тона 346 — линейно изменяющегося напряже- ния 322 — — — —, состоящий из интегриру- ющей /?С-цепи и ключевого тран- зистора 325, 328 — — — — с зарядным транзисто- ром 328 — — — — — компенсирующей э.д.с. 330 — — — — — — — и дополнитель- ной цепью корекции линейности 33'i — — — — — отрицательной обрат- ной связью 336 — — — — — электронной регули- ровкой частоты колебаний 341 — треугольного напряжения на опе- рационном усилителе 355 Деление частоты 253 Дешифратор 359 — полный 360 — пирамидальный 360 — ступенчатый 360 Диод двухбазовый 310 — импульсный 75 — смещающий 164, 168 — туннельный 303 — Шоттки 76, 138 Длительно устойчивое состояние жду- щего мультивибратора 254 — — — — — на универсальных ло- гических элементах И—НЕ 268 Длительность импульса 11 — — автоколебательного генератора на операционном усилителе 290 — — — — — однопереходном тран- зисторе 316 385 — — — — — туннельном диоде 309 — — автоколебательного мультивиб- ратора на биполярных транзисторах 277 — — — — с импульсным мостовым элементом 284 — — активная 11 — — ждущего мультивибратора на биполярных транзисторах 253 — — — — — универсальных логи- ческих элементах И—НЕ 270 — — расширителя 198 — — энергетическая 11 — среза импульса 13 — фронта импульса 13 — — — в ключевом каскаде на би- полярном транзисторе 144 — — — — параллельном диодном ограничителе 120 — — — — последовательном диод- ном ограничителе 117 Дюамеля интеграл 22, 24 Емкость барьерная диода 81 Емкость динамическая импульсного трансформатора 44 Закон ассоциативности 150 — дистрибутивности 150 — Кирхгофа первый 15 — — Кирхгофа второй 15 — Ома 15 — поглощения 150 — склеивания 150 Запись информации в регистр 352 Индуктивность намагничивания им- пульсного трансформатора 42 - — рассеяния импульсного трансфор- матора 42 Интегратор электронный 65 Интервал дискретизации 367 Карта Карно 159 — — для триггера типа RS 237 — — — — — — с инверсными вхо- дами 234 _ - _ — — Е 238 — — - — — JK 240 — — обобщенная для триггера типа RS 238 _ _ _ — — — — с инверсными входами 235 —————— Е 239 Квантование по времени 10 — — уровням 10 Коэффициент деления напряжения 22 — заполнения 12 — использования напряжения источ- ника питания 14 — — — — — в ключевом каскаде на биполярном транзисторе 124 — — — — — — — — — полевом транзисторе 145 — нелинейности пилообразного на- пряжения 14, 324, 326 — спада вершины импульса 13 — — — — при прохождении через импульсный трансформатор 48 — — — — — — — разделительную RC-и.тъ 33, 39, 48 Логический элемент запрета 154 — — — маломощный 162 — — с диодно-транзисторной логи- кой 161 — — — транзисторной логикой 161 — — — транзисторно-транзисторной логикой 161 — — типа И—НЕ 164 — — — ИЛИ—НЕ 155 — _ _ И—ИЛИ—НЕ 170 _ _ _ ИЛИ/ИЛИ—НЕ 180 Метод анализа импульсных процес- сов 14 — — — — классический 15 — — — — операторный 17 — — — — суперпозиционный 22 — заряда 97 Минимизация логической функции 157, 158 Модель биполярного транзистора 83, 91 Мультивибратор автоколебательный 275 — — несимметричный на биполярных транзисторах 279 — — — — транзисторах типов р-п-р и п-р-п 280 — — симметричный 276 — ждущий 254 — — на биполярных транзисторах 254 — — — — — с корректирующей ди- одно-резистивной цепью 262 — — — — — — регулируемой дли- тельностью импульса 266 — — — — — — уменьшенным вре- менем восстановления 263 386 — — — универсальных логических элементах И—НЕ 267 Мультиплексор 362 Обращение кода 352 Ограничитель амплитудный 113 — — диодный двусторонний 120 — — — параллельный 117 — — — последовательный 114 Период повторения импульсов 8 — — — автоколебательного генера- тора на операционном усилителе 292 — — — блокинг-генератора 301 — — — генератора на однопереход- ном транзисторе 316, 317 — — — — треугольного напряже- ния на операционном усилителе 346 — — — мультивибратора на р-п-р- и я-р-п-транзисторах 282 — — — — — — — — — с импуль- сным мостовым элементом 284 — — — симметричного мультивиб- ратора на биполярных транзисто- рах 278 Работа переключения логического элемента 102 Радиоимпульс 7 Распределитель импульсов 360 Расширитель для логических ТТЛ- элементов 170 — импульсов 197 Регистр 352 — сдвигающий 352 — с обращением кода 352 Селектор импульсов 374 — — амплитудный 374, 375, 376 — — по длительности 377 — — с частотами повторения, пре- вышающими граничное значение 379 Скважность импульсов 12 Стрелка Пирса 155 Схема сравнения регенеративная 301 Счетчик импульсов 355 — — вычитающий 359 — — реверсивный 358 — — со сквозным переносом 357 Считывание информации 352 Таблица истинности 147 — — для логического элемента за- прета 154 —- —- — операции дизъюнкции 147 — — — — инверсии 148 — — — — конъюнкции 148 — переключении триггера 233 — — — типа Е 238 — — — — RS 237 — — — — — с инверсными входа- ми 234 — — — — JK 244 — — — задержки 244 Тиристор 312 Транзистор биполярный 83 —- многоэмиттерный 165 — однопереходный 310 — полевой 100 — — с р-п-переходом 100 ~ — типа МДП 103 Триггер потенциальный на универ- сальных логических элементах 232 — симметричный на биполярных транзисторах 225 ~ Шмитта 243 Универсальный логический элемент 155 — — — диодно-транзисторный !б2 — — — на переключателях тока 179 — — — — полевых транпзстооах 178 — — — типа ИЛИ—НЕ 155 — — — — И—НЕ 156 — — — — — в интегральном ис- полнении 169 Уравнения возбуждения триггера ти- па Е 239 — — — — RS 237 — — — — — с инверсными входа- ми 235 Усилитель операционный 287 Устройство импульсное 5 — индикаторное 10 — кодирующее 367 — логическое 146 — — комбинационное 1-16 — — последовательностное 146 — модулирующее 10 — регистрации двоичного кода 351 — сравнения кодов 363, 364, 366 Фазо-частотная характеристика звена искусственной линии задержки ти- па LC 70 — — — идеальной линии задержки 68 387 Фантастрон транзисторный 339 Форма представления импульсного сигнала 5 — — — — аналитическая 5 — — — — графическая 5 — — — — спектральная 7 Формирователь импульсов тиристор- ный 319 — укороченных импульсов с ТТЛ- элементом 194 Фронт импульса 13 Функция восстановления 261 — единичная 22 — логическая 151 — — недоопределенная 151 — — определенная 151 — формирования 261 — Шеффера 156 — экспоненциальная 22 — дифференцирующая 57 — импульсная нелинейная 73 — интегрирующая 60 — запуска триггера 210, 216 — — — с разделительным конден- сатором 218 — — — диодно-емкостная 220 — — — транзисторная 219 — разделительная 31 Частота повторения импульсов 12 — — — автоколебательного релак- сационного генератора на туннель- ном диоде 309 — — — генератора пилообразного напряжения на однопереходном транзисторе 392 — — — симметричного мультивиб- ратора на биполярных транзисто- рах 278 Характеристика вольт-амперная би- полярного транзистора 88 — — линейных элементов 29 — — Л^-образная 304 — — полупроводникового- диода 77 — — S-образная 305 Хевисайда формула первая 18 — — вторая 19 — — третья 19 Цепь восстановления постоянной со- ставляющей 104 Эйлера формулы 21 Этап рассасывания заряда при вы- ключении транзисторного ключа 129 — — — — запуске триггера 228 — регенерации при запуске триггера 229 — установления напряжений при за- пуске триггера 231 ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ..................... 3 ГЛАВА I ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ § 1.1. Виды импульсных сигналов ............. 5 § 1.2. Параметры электрических импульсов .......... 10 § 1.3. Методы анализа импульсных процессов .......... 14 § 1.4. Экспоненциальная функция ............. 25 ГЛАВА 2 ЛИНЕЙНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ ЦЕПИ § 2.1. Элементы линейных цепей .............. 29 § 2.2. Разделительные цепи ............... 30" § 2.3. Импульсный трансформатор ............. 39 § 2.4. Укорачивающие цепи ....................... 48 § 2.5. Влияние выходного сопротивления генератора, паразитной емкос- ти нагрузки и конечной длительности фронта входного сигнала на работу укорачивающей RC-цепи ............ 52 § 2.6. Дифференцирующие цепи .............. 57 § 2.7. Интегрирующие цепи ................ 60 § 2.8. Электронный интегратор .............. 65 § 2.9. Линии задержки ................. 67 ГЛАВА з НЕЛИНЕЙНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ ЦЕПИ § 3.1. Общие сведения. Модели и эквивалентные схемы нелинейных эле- ментов .................... 73 § 3.2. Модели полупроводниковых диодов ........... 75 § 3.3. Модели биполярного транзистора ........... 83 § 3.4. Модели полевых транзисторов ............ 100 § 3.5. Цепь восстановления постоянной составляющей ....... 104 § 3.6. Фиксаторы уровня ................ 107 § 3.7. Ограничители .................. 113 § 3.8. Ключевые схемы ................. 122 ГЛАВА 4 ЛОГИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА § 4.1. Понятие о комбинационных логических устройствах ..... 146 § 4.2. Основы булевой алгебры .............. 146 § 4.3. Логические функции ............... 151 § 4.4. Построение комбинационной логической схемы по заданной функ- ции ..................... 153 § 4.5. Минимизация логических функций ........... 157 § 4.6. Особенности схемного построения логических элементов. . . 16& § 4.7. Диодно-транзисторная схема И—НЕ ......... 162 § 4.8. Универсальный логический ТТЛ-элемент И—НЕ в интегральном исполнении .................. 164 § 4.9. Параметры интегральных логических элементов ...... 170 § 4.10. Логические элементы на полевых транзисторах. ...... 177 §4.11. Универсальный логический элемент ИЛИ—НЕ с амиттерной связью .................... 179' 389 ГЛАВА 5 ФОРМИРОВАТЕЛИ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ § 5.1. Формирователи задержанных импульсов ........ 183 § 5.2. Формирователи укороченных импульсов с ТТЛ-элементами. . 194 § 5.3. Расширители импульсов .............. 197 ГЛАВА 6 ТРИГГЕРЫ И ГЕНЕРАТОРЫ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ § 6.1. Определение и классификация ............ 202 § 6.2. Триггеры на транзисторах ............. 204 § 6.3. Потенциальные триггеры на универсальных логических элементах в интегральном исполнении ............. 232 § 6.4. Несимметричные триггеры с эмиттерной связью ....... 248 § 6.5. Применение триггеров ............... 252 § 6.6. Ждущие мультивибраторы ............. 254 § 6.7. Автоколебательные мультивибраторы ......... 275 § 6.8. Генераторы прямоугольных импульсов на операционных усили- телях ................ ... 287 § 6.9« Блокинг-генераторы ............... 292 ГЛАВА 7 РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ § 7.1. Вольт-амперные характеристики полупроводниковых приборов с отрицательным сопротивлением ........... 303 § 7.2. Автоколебательные релаксационные генераторы на туннельных диодах .................... 307 § 7.3. Переключающие полупроводниковые приборы с S-образной вольт- амперной характеристикой ............. 309 § 7.4. Автоколебательные релаксационные генераторы на однопереход- ных транзисторах ................ 314 § 7.5. Генераторы прямоугольных импульсов нормированной длитель- ности на однопереходных транзисторах ......... 316 § 7.6. Ждущие мультивибраторы на тиристорах ....... 317 § 7.7. Тиристорные формирователи импульсов, не имеющие времени восстановления ................. 319 ГЛАВА 8 ГЕНЕРАТОРЫ ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА § 8.1. Общие сведения ................. 322 § 8.2. Генераторы пилообразного напряжения, состоящие из интегри- рующей ЙС-цепи и ключевого транзистора ....... 325 § 8.3. Генераторы пилообразного напряжения с зарядным транзистором. 328 § 8.4. Генераторы пилообразного напряжения с компенсирующей э. д. с. 330 § 8.5. Генераторы линейно убывающего напряжения с отрицательной обратной связью ....... ....... 336 § 8.6. Транзисторные фантастроны ........... . 339 390 § 8.7. Автоколебательные генераторы пилообразного напряжения с электронной регулировкой частоты колебаний ...... 341 § 8.8 Генераторы треугольного напряжения, использующие операци- онный усилитель ................ 345 § 8.9. Генераторы импульсов пилообразного тока ........ 346 ГЛАВА 9 ЭЛЕМЕНТЫ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ § 9.1. Устройства регистрации двоичного кода ........ 351 § 9.2. Счетчики импульсов ............... 355 § 9.3. Дешифраторы ................. 359 § 9.4. Распределители импульсов. Мультиплексоры ....... 360 § 9.5. Устройства сравнения кодов ............. 363 § 9.6. Кодирующие устройства .............. 367 § 9.7. Цифровые устройства получения регулируемых задержек . . . 370 ГЛАВА 10 СЕЛЕКТОРЫ ИМПУЛЬСОВ § 10.1. Определение и классификация ............ 374 § 10.2. Амплитудные селекторы .............. 374 § 10.3. Селекторы импульсов по длительности .......... 377 § 10.4. Селекторы последовательностей импульсов о частотами повторе- ния, превышающими заданное граничное значение ..... 379 § 10.5. Цифровые селекторы последовательностей импульсов с частотами повторения, находящимися в заданном диапазоне ...... 382 Заключение ..................... 384 Список литературы .................. 384 Предметный указатель .................. 385 ЮРИЙ НИКОЛАЕВИЧ ЕРОФЕЕВ ИМПУЛЬСНАЯ ТЕХНИКА Зав. редакцией Л. А. Романова. Редактор Е. М. Романчук. Мл. редакторы И. А. Исаева, Т. В. Шеганова. Художественный редактор Л. К. Громова. Художник В. В. Гарбузов. Технический редактор 3. В. Нуждина. Корректор Р. К. Косинова ИБ № 4406 Изд. № ЭР-353. Сдано в набор 23.01.84. Подп, в печать 29.08.84. Т-05490. Формат 60Х90'/и. Бум. тип. № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Объем 24,5 усл. печ. л.+0,25 усл. печ. л. форзац. Усл. кр.-отт. 24,75. Уч-изд. л. 26,70+0,44 уч.-изд. л. форзац. Тираж 38000 экз. Зак. № 90. Цена 1 р. 20 к. Издательство «Высшая школа», 101430, Москва, ГСП-4. Неглинная ул., д. 29/14. Ярославский полиграфкомбинат Союэполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной ТОРГОВЛИ! 150014, Ярославль, ул. Свободы, 97, Ю.Н.ЕРОФЕЕВ ИМПУЛЬСНАЯ ТЕХНИКА допущено МИНИСТЕРСТВОМ ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СССР В КАЧЕСТВЕ УЧЕБНОГО ПОСОБИЯ ДЛЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ ВУЗОВ *'э'<эд«готекй '- МОСКВА . «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1984