Курс імпульсної техніки
Я.С. Іцхокі, Ю.А. Браммер, Пащук
При імпульсному режимі електронні пристрої піддаються впливу електричних сигналів не безперервно (протягом усього часу роботи пристрою), а переривчасто. При цьому уривчаста структура імпульсних сигналів становить принципову основу корисних функцій пристрою, що працює в імпульсному режимі. Імпульсні сигнали розрізняються за амплітудою і тривалістю імпульсів, частотою їх проходження, а також за відносить. взаємне розташування в серії. На рис. 1 зображено імпульсний сигнал у вигляді серії з 3 імпульсів, згрупованих згідно з деяким умовним кодом, що визначається, зокрема, розстановкою імпульсів у серії. Імпульсні сигнали можуть мати складнішу структуру, яка залежить від видумодуляціїі форми імпульсу. Деякі електричні коливання складної форми (рис. 2), на відміну синусоїдальних, мають розривний характер; їм властиві дуже широкий частотний спектр і наявність характерних точок, точніше ділянок дуже малої тимчасової протяжності, в яких швидкість зміни коливального процесу зазнає різких стрибків (розривів). Ці властивості зближують коливання складної форми з типовими імпульсними процесами. В імпульсній техніці часто застосовують імпульсні сигнали із частотним заповненням від десятківгцдо десятківГгц.
Мал. 1. Імпульсний сигнал із трьох прямокутних імпульсів.
Мал. 2. Електричні коливання складної форми: а - пікові; б - пилкоподібні.
При імпульсному режимі роботи може бути досягнуто високий рівень концентрації енергії в часі; так, наприклад, у потужних імпульсних модуляторах протягом тривалого проміжку часу між імпульсами відбувається відносно повільне запасання енергії в накопичувальних елементах, потімпротягом відрізка часу, довжина якого значно менша від періоду накопичення, запасена енергія виділяється в навантажувальному елементі. В результаті вдається отримувати електричні імпульси, потужність яких значно перевищує номінальну потужність джерел живлення, що має важливе значення при конструюванні радіоелектронної апаратури; наприклад, потужність в радіоімпульсі, що випромінюється радіолокаційною станцією, досягає десятківМВті більше. Завдяки різким перепадам амплітуди електричних імпульсів можлива дуже точна фіксація часу впливу імпульсних сигналів, а також чіткий поділ двох можливих станів електронної схеми: є струм - немає струму (так - ні). Імпульсні електронні пристрої, що виконують функції безконтактних електронних ключів, здатні за 10 -6 і навіть 10 -9секперемикати електричні ланцюги.
З поняттям «імпульс» зазвичай пов'язується уявлення про малу його тривалість. Проте короткочасність імпульсу — поняття відносне: залежно від сфери використання тривалість імпульсу може змінюватися у межах. Уавтоматиці, наприклад, оперують з імпульсами тривалістю порядку 0,01 - 1сек, вімпульсного радіозв'язку-10 -6сек, у фізиці швидких частинок - 10 -9сек. Однак навіть в одній і тій же галузі техніки часто застосовують імпульси з різною тривалістю та частотою прямування. Так, наприклад,радіолокаціїпрацюють з електричними імпульсами тривалістю від 10 -3 до 10 -9секз частотою повторення від одиницьгцдо 10 4гц.В імпульсній техніці проявляється тенденція до скорочення імпульсів і збільшення частоти їхнього прямування, прагненням підвищити ефективність електронних пристроїв,роздільна здатність (наприклад, радіолокаторів) або швидкодія (в ЕОМ). Іноді важливіше відношення тривалості паузи між імпульсами до тривалості імпульсу (скважність), яке в цифровій автоматиці зазвичай не перевищує 10, в радіозв'язку - близько 10 - 100, в радіолокації коливається від 100 до 10000. При впливі імпульсів електричного струму або напруги має властивість запасати енергію, виникають перехідні процеси, значення яких в імпульсній техніці дуже велике. Явлення, пов'язані з перехідними процесами, часто використовують у роботі імпульсних пристроїв, але в ряді випадків вони шкідливо впливають і призводять до схемного та конструктивного ускладнення пристроїв. Тому аналізу перехідних процесів в імпульсній техніці приділяється особливо велика увага. Специфічність методів та засобів формування, перетворення, вимірювання та реєстрації імпульсних сигналів та аналізу процесів у імпульсних пристроях обумовлені головним чином їх нестаціонарністю.
Для отримання імпульсів різної форми, функціонального перетворення імпульсних сигналів, селекції імпульсів за тією чи іншою ознакою, а також для виконання логічних операцій над ними є типові імпульсні логічні схеми та пристрої. До них відносяться лінійні пристрої формування імпульсів, перетворення їх форми, амплітуди, полярності та тимчасового положення (формуючі лінії, диференціюючі та інтегруючі ланцюги, імпульсні трансформатори та підсилювачі, електромагнітні та ультразвукові лінії затримки); нелінійні пристрої перетворення імпульсів та перемикання ланцюгів (обмежувачі, фіксатори рівня,пік-трансформатори, магнітні генератори імпульсів, електронні ключі та ін.); регенеративніспускові схеми, та генератори імпульсів(перерахувальні схеми,тригери,мультивібратори,блокінг-генератори); імпульсні дільники частоти повторення; електронні генератори лінійно-змінного струму і напруги (в т.ч.фантастрони,санатронита ін); селектори імпульсів; логіч. схеми та спец. пристрої обробки імпульсних сигналів (кодуючі та декодуючі пристрої,дешифратори,регістри, матриці, елементи пам'яті ЕОМ та ін.).
Імпульсні методи роботи широко використовуються втелебаченні, де сигнали зображення та синхронізації - імпульсні; за допомогою радіоімпульсів вдалося вирішити таке важливе завдання, як вимірювання відстаней, що зумовило розвиток імпульсної радіолокації та радіонавігації (у системах виявлення, радіовисотомірах, навігації кораблів і літаків). Імпульсне кодування повідомлень, засноване на різних принципах імпульсної модуляції, дозволяє здійснювати радіозв'язок з високою перешкодою, а також багатоканальний радіозв'язок (з поділом каналів за часом) в телеметрії. Перспективне використання імпульсних режимів у радіокеруванні на великій відстані, наприкладштучними супутниками Землі, космічними кораблями, місяцеходами.
Імпульсні методи мають істотне значення в інформаційно-вимірювальній техніці, що використовується, зокрема, у космічній електронній апаратурі та при дослідженнях у галузі фізики швидких частинок. Методи і засоби імпульсної техніки лежать основу роботи сучасних електронних ЦВМ, різноманітних цифрових автоматів, застосовуваних як засіб автоматизації обчислювального процесу, а й у вирішення різних логічних завдань під час автоматичної обробці інформації. Для цього виробляються відповідні перетворення надімпульсними сигналами, що несуть інформацію (зазвичай у супроводі перешкод), та за допомогою логічних схем та пристроїв селекції імпульсів виконуються логічні операції над імпульсами. Таким чином виділяють, аналізують, розпізнають і реєструють корисну інформацію, що міститься в імпульсах, що обробляються. Винятково широко застосовуються методи імпульсної техніки в радіовимірювальних пристроях (частотомірах,осцилографах,аналізаторах спектра, вимірювачах тимчасових інтервалів та ін.).