Импульсные устройства
(конспект лекций)
Введение
Импульсные устройства представляют собой класс электронных устройств, оперирующих с колебаниями (сигналами) импульсного вида, т.е. действующими на ограниченном интервале времени и, возможно, повторяющимися периодически или через произвольные отрезки времени.
Импульсные устройства возникли практически одновременно с появлением других технических устройств, использующих существующие тогда электронные приборы - электронные лампы. Наиболее интенсивное развитие импульсных устройств в начале 40-х годов было связано с важной прикладной задачей – созданием импульсных РЛС. Импульсные устройства в РЛС используются и в настоящее время, при этом по-прежнему используются электронные приборы СВЧ: магнетроны, ЛБВ и др. вследствие необходимости получения мощности в единицы и десятки мегаватт, что определяет требования к рабочиим напряжениям в сотни вольт и недоступно полупроводниковой технологии.
Основные схемные решения классической импульсной техники, будем называть их традиционными, были воспроизведены и развиты с использованием новейших микроэлектронных технологий. При этом решаемая прикладная задача оказалась в полном смысле глобальной и привела к созданию современной компьютерной техники и электронных цифровых средств коммуникации, информации, управления и др. Наиболее существенным показателем уровня микроэлектронной технологии является минимальный размер изготавливаемого элемента микросхем. Прогресс технологии в этом отношении привел от элементов размером в десятки микрометров к субмикронной технологии. Уменьшение размеров элементов определило не только уменьшение размеров микроэлектронных изделий, но и существенное улучшение их технических показателей. Для транзисторов уменьшение размера привело к уменьшению времени диффузии и соответствующему увеличению предельной частоты. В результате уменьшения размеров элементов практически на три порядка выросли граничные частоты транзиторов от десятков мегагерц до десятков гигагерц, что обеспечило гигагерцовую производительность современных компьютеров. Одновременно снижение размеров элементов приводит к пропорциональному уменьшению паразитных ёмкостей и, следовательно, затрачиваемой на их перезаряд мощности и времени.
Тем не менее, развитие микроэлектронной технологии компьютеров не исчерпывает применения импульсной техники, которая широко используется при решении разнообразных практических задач в специализированных цифровых устройствах, в том числе в устройствах управления станками, механизмами, устройствами сильноточной электротехники, бытовой технике и т.п. Знание принципов и методов конструирования импульсных устройств отличают специалиста в этой области от пользователя персонального компьютера при любом уровне программного обеспечения.
Цифровые устройства используют представление анализируемых данных в цифровом коде, в подавляющем количестве случаев – двоичном. Цифровой код не является импульсным сигналом, он просто представляет набор несовместимых символов, в качестве которых обычно используются дискретные символы «0» и «1». В электронном устройстве эти символы сопоставляют с наличием или отсутствием аналоговой величины - напряжения (тока). В условиях неизбежного существования помех степень помехоустойчивости кода определяется различием напряжений на электронных элементах в состоянии «0» и «1». При передаче кодовой последовательности эти состояния сменяют друг друга , что и образует импульсный сигнал. Это определяет роль импульсных устройств как базового схемотехнического принципа построения цифровых устройств.
С течением времени некоторые схемотехнические решения традиционной импульсной техники утратили своё значение, но базовые принципы сохраняются в современных микроэлектронных схемах различного уровня интеграции, используемых разработчиками разнообразных электронных устройств. Поэтому знание основ построения и правил использования импульсных устройств составляют необходимую часть подготовки специалистов в области цифровой схемотехники, что определяет целесообразность выделения раздела «Импульсные устройства» как предварительного в дисциплине «Цифровые устройства».
Тема1. Основные понятия и определения импульсной техники
Основной вид используемого в импульсных устройствах электрического колебания (сигнала) называется импульсом. В англоязычной литературе используются два термина Impulse и Pulse. Первый относится к одиночному финитному сигналу, имеющему выбранные по некоторому правилу точки начала и конца на оси времени (рис.1.1). Второй термин обычно относится к повторяющимся с некоторой частотой импульсным сигналам, создаваемым некоторым генератором импульсов (Pulser).
Рис. 1.1
Одиночный импульсный сигнал на практике имеет достаточно сложную форму, как на рис.1.1, определённую действием многочисленных факторов, возникающих при построении схемы и при её эксплуатации. В задачах измерения требуется использование выбранных числовых параметров, существенных для решаемой прикладной задачи. Сигнал на рис.1.1 в целом близок к прямоугольной форме. Для характеристики отклонения реального сигнала от прямоугольной функции используют различные числовые параметры.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
