Глава 6. Генераторы импульсов
6.1. Классификация генераторов импульсов
Импульсными генераторами называются устройства, преобразующие энергию источников постоянного напряжения в энергию электрических импульсов.
Для классификации импульсных генераторов можно использовать ряд различных признаков.
В зависимости от формы вырабатываемых импульсов можно выделить:
- генераторы прямоугольных импульсов;
- генераторы линейно изменяющегося напряжения или тока;
- генераторы импульсов специальной формы.
В зависимости от режима, в котором работает импульсный генератор, различают:
- автоколебательные генераторы, которые непрерывно формируют импульсные сигналы без внешнего воздействия;
- ждущие генераторы, которые начинают формировать импульсные сигналы лишь по приходе внешнего запускающего сигнала;
- генераторы с внешней синхронизацией, вырабатывающие импульсные сигналы, частота которых равна или кратна частоте внешнего синхронизирующего сигнала.
В зависимости от элементной базы, на основе которой строится импульсный генератор, различают:
- генераторы на дискретных элементах, в качестве которых могут использоваться как транзисторные структуры, так и приборы, имеющие на ВАХ участок отрицательного сопротивления (динисторы, туннельные диоды);
- генераторы на интегральных схемах, в качестве которых могут использоваться:
- - аналоговые операционные усилители;
- - цифровые логические элементы;
- - специализированные микросхемы.
На структурном уровне импульсный генератор можно рассматривать как сочетание ключевых элементов и времязадающих цепей. В качестве времязадающих цепей используются: - RC-звенья; - RL-звенья; - линии задержки, например, на логических элементах.
Чаще других в качестве времязадающих цепей используются RC-звенья (рис. 6.1). Так как в основе построения схемы лежат ключевые элементы и соединенные с ними цепи заряда и |
|
Рис. 6.1 |
разряда емкости, то для определения параметров выходного сигнала возникает необходимость решения дифференциальных уравнений первого порядка, которые описывают цепи заряда и цепи разряда емкости, поскольку в общем случае это разные цепи.
Например, для цепи заряда (ключ S1 замкнут, ключ S2 разомкнут) можно записать
(6.1)
или
в операторном виде
,
где
.
Решение уравнения (6.1) находится в виде суммы свободной и вынужденной составляющих
, (6.2)
где
- частное решение дифференциального
уравнения, а
- общее решение дифференциального
уравнения, причем
- корень характеристического уравнения
(6.1)
.
При
уравнение (6.2) приобретает вид
,
откуда
.
Тогда общее решение уравнения (6.2) может
быть представлено в виде
. (6.3)
Это уравнение справедливо, если в цепи первого порядка действует лишь источник постоянного тока или постоянного напряжения.
Графически процесс заряда можно представить так, как он изображен на рис. 6.2. В общем случае, пользуясь уравнением (6.3), можно найти длительность временного интервала между любыми моментами |
|
Рис. 6.2 |
времени и в соответствии с уравнением
. (6.4)
Выражение (6.4) может быть использовано как для определения длительностей фронтов выходного сигнала, так и для оценки длительностей импульсов.
При построении схем генераторов прямоугольных импульсов выходной сигнал снимается с ключевого элемента или резистора, а для получения линейно изменяющегося выходного напряжения или тока – с конденсатора.