Импульсный режим работы и цифровое представление преобразуемой информации

Импульсный
режим работы и цифровое представление
преобразуемой информации.
Импульсный режим работы электронного
устройства характерен резкими изменениями
токов и напряжений. Импульсный режим
широко используется в устройствах как
силовой, так и информативной электроники.

Импульсный
режим работы устройств информативной
электроники имеет следующие два важнейших
преимущества:

• резко повышается
  помехоустойчивость, так как и при
  высоком уровне помех обычно не возникает
  проблемы отличить одно состояние схемы
  от другого, а именно состояние схемы
  определяет информацию о преобразуемом
  сигнале;

• информация о
  сигнале простым и естественным образом
  представляется в цифровой форме, что
  позволяет использовать большие и все
  возрастающие возможности цифровой
  обработки информации.

Импульсные
сигналы. Основные термины.
Обратимся для примера к идеализированному
импульсу, который называют трапецеидальным
(рис. 15.1,а).

Рис. 15.1. Виды
идеализированных импульсов

Участок
трапецеидального импульса АВ называют
фронтом, участок ВС – вершиной, участок
СD
– срезом, отрезок АD
– основанием. Иногда участок АВ называют
передним фронтом, а участок СD
– задним фронтом.

На
рис. 15.1,б
приведены другие идеализированные
импульсы характерных форм и даны их
названия.

Более
сложный по форме, приближенный к
реальному, вид импульса показан на рис.
15.2,а.

Рис.
15.2. Характерные параметры импульса

Участок
импульса, соответствующий отрицательному
напряжению, называют хвостом импульса,
или обратным выбросом.

Для
величин, указанных на рис. 15.2, обычно
используют следующие названия:

t_и
– длительность импульса;

t_ф
– длительность фронта импульса;

t_с
–
длительность среза импульса;

t_х
–
длительность хвоста импульса;

U_m
– амплитуда
(высота) импульса;

ΔU
– спад вершины импульса;

U_обр
– амплитуда обратного выброса.

При
определении параметров реальных
импульсов обычно нет возможности
однозначно разделить импульс на
характерные участки, поэтому в этих
случаях параметры импульсов определяют
исходя из тех или иных допущений.
Например, длительность импульса и фронта
импульса часто определяют так, как
показано на рис. 15.2,б.

Обратимся
к периодически повторяющимся импульсам
(рис. 15.3).

Рис.
15.3. Периодически повторяющиеся импульсы

В этом случае
используют следующие параметры:

Т
– период повторения импульсов;

f=1/T
– частота повторения импульсов;

t_и
– длительность импульса;

t_п
– длительность
паузы;

Q=T/t_и
– скважность импульса;

К_з=1/Q=t_и/T
– коэффициент заполнения.

Цифровое
представление преобразуемой информации.
Для цифрового представления информации
характерно полное абстрагирование от
особенностей электрических процессов
в электронной схеме, выполняющей
обработку сигналов.

В
устройствах цифровой электроники в
большинстве случаев используется
сигналы двух уровней – высокого и
низкого. При этом обычно имеется в виду
уровни напряжения, а не тока. Важным
является не абсолютные значения амплитуд
напряжений для высокого и низкого
уровня, а их четко различимая разность.
Изобразим диаграмму, поясняющую
изложенное (рис. 15.4):

Рис.
15.4. Соотношение высокого и низкого
уровня сигналов

На
этой диаграмме, соответствующей цифровым
схемам транзисторно-транзисторной
логики (ТТЛ), имеющей напряжение питания
5 В,
укажем диапазоны напряжений для входных
и выходных сигналов (заштрихованные
прямоугольники). Это такие диапазоны,
что сигнал, оказавшись в одном из них,
безошибочно квалифицируется как сигнал
высокого или низкого уровня. Высокому
и низкому уровню сигналов ставятся в
соответствие логические состояния 1 и
0. Если высокому уровню сигналов ставится
в соответствие состояние 1, а низкому –
состояние 0, то говорят о так называемой
позитивной логике. Если высокому уровню
соответствует состояние 0, а низкому –
1, то говорят о так называемой негативной
логике.

Соседние файлы в предмете Электроника

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Лекция 14.ИМПУЛЬСНЫЕ И АВТОГЕНЕРАТОРНЫЕ УСТРОЙСТВАПланИмпульсный режим работы транзисторов и цифровое представление преобразуемой информации.1. Введение.2. Преимущества импульсного и ключевого режимов.3. Краткие сведения о форме и параметрах импульса.4. Цифровое представление преобразуемой информации, логические состояния и основные логические функции, выполняемые цифровыми логическими схемами..5. Теоретическое обобщение.6. Автогенераторы.1. Введение.Все электронные схемы делят на два класса:а) аналоговые схемы (АС);б) цифровые схемы (ЦС).Особенности режимов цифровых и аналоговых схем можно объяснить,используя передаточную характеристику (рис.14.1), которая выглядит одинаково для того и другого класса схем, однако, использование этой характеристики для каждого класса принципиально отличается.Для транзисторных ключей характерны два устойчивых состояния.

Напередаточной характеристике этим состояниям соответствуют: точка «А»(транзистор закрыт, на выходе высокий уровень, близкий к напряжению питания) и точка «В» ( на выходе низкий уровень напряжения, близкий к нулю).Аналоговым сигналам соответствует участок «mn».Если дать сравнительную оценку помехоустойчивости аналоговым схемам и цифровым, то из передаточной характеристики отчётливо видно, чтоцифровые схемы при воздействии на них сигнала помехи (на рис.14.1 ─U помехи1 ) практически не меняют уровня напряжения на выходе ключа. Привоздействии на аналоговую схему сигнала помехи (U помехи2 ) уровень напряжения на выходе значительно изменился (например, на выходе усилителя напряжения).U1выхUвых1ΔUвыхUвых2Uвых3UвыхАВmРТnU0выхСtUпомехиfDeUвхtРис.14.1.Вывод: преимуществом цифровых схем перед аналоговыми являетсяпочти полное отсутствие влияния помех на работу электронного устройства.Импульсный и ключевой режимы нередко отождествляют.

Это справедливо, потому что, когда активные приборы в любом из этих режимов длительное время находятся или в открытом, или в закрытом состоянии, ихможно использовать как ключи. Переход из одного состояния в другое происходит за очень короткий промежуток времени.2. Преимущества импульсного и ключевого режимов.Широкое использование импульсного режима не случайно: например,есть возможность использовать те участки ВАХ транзистора, где наибольшаякрутизна. Рассеиваемая мощность на транзисторе возрастает, в основном, впереходных процессах, когда он переходит из одного состояния в другое. Ноэто достаточно малый промежуток времени, поэтому перегрузки прибора непроисходит. В импульсном режиме электронные устройства имеют достаточно высокий КПД, повышается помехоустойчивость электронных схем.В импульсном режиме информация о сигнале представляется в цифровой форме, что упрощает процесс обработки информации.3.

Краткие сведения о форме и параметрах импульса.Вообще под импульсом понимают кратковременное отклонение напряжения или тока от некоторого постоянного уровня, в частности от нулевого.Рассмотрим основные параметры импульса, приведённого на рис.14.2.За активную длительность импульса (t аи ) принимают промежуток времени, измеренный на уровне, соответствующем половине амплитуды. Иногдадлительность импульса измеряют на уровне 0,1U мак , но чаще ─ по основанию(t и ).Однополярные импульсы характеризуются наибольшим значением напряжения (тока) ─ амплитудой (U мак ) ─ высота импульса. а разнополярныеудобнее характеризовать полным перепадом, равным 2U мак (рис.14.3а).t иаUΔU0,9Umax0,5Umax0,1UmaxUmaxt1 t2tфttиРис.14.2.tсИмпульс имеет нарастающий и спадающий фронты.Для определения длительности нарастающего фронта импульса пользуются понятием активной длительности фронта (t ф = t 2 – t 1 ), за которуюпринимают время нарастания импульса от 0,1U мак до 0,9 U мак , а длительность среза импульса t с ─ от 0,9U мак до 0,1 U мак .Иногда фронты импульса характеризуют скоростью нарастания и среза.В этом случае пользуются понятием крутизны (S) фронта или среза и измеUряют в в/сек, кв/сек и т.д.

Приближённо S ≈ м .tфМощность в импульсе ─ это энергия, выделенная в цепи при прохождении импульса, отнесённая к его длительностиWP = , Вт, кВТ …и tиПараметры импульсов, повторяющихся через равные промежутки времени (периодическая последовательность импульсов) ─ Рис.14.3.UUUмахtt2UмахtиtиtпTа).Рис.14.3б).Часть периода (Т) занимает пауза (t п ) ─ отрезок времени между окончанием и началом двух соседних импульсов, следовательно, t и = T ─ t п(рис.14.3б)Период повторения импульсов (Т) ─ отрезок времени между началамидвух соседних однополярных импульсов (сек, мсек, мксек, нсек) ─ рис.14.3б.Частота повторения (следования) импульсов─ величина, обратная пе1.риоду повторения (Гц, кГц) ─ f=повт TКоэффициент заполнения ─ отношение длительности импульса к периоду повторенияКния.tи = T − t и ─ величина безразмерная и всегда < 1=запTTСкважность импульсов ─ величина, обратная коэффициенту заполнеQ=1Кзап=Tt ─ величина безразмерная и всегда > 1иФорма импульса может быть самой разнообразной (рис.14.4).UUUtttРис.14.4.4.

Цифровое представление преобразуемой информации, логическиесостояния и основные логические функции, выполняемые цифровыми логическими схемами.Сигналы, которыми воздействуют на цифровую схему, характеризуютсяопределённым уровнем напряженияВ цифровых схемах сигнал преобразуется и обрабатывается по законудискретной функции, а в аналоговых схемах ─ по закону непрерывной функции.Для описания алгоритмов работы цифровых схем необходим соответствующий математический аппарат. Такой аппарат был разработан ирландскимучёным математиком Д. Булем. Этот аппарат получил название булевой алгебры или алгебры логики.

Под алгеброй логики понимается математическаясистема, которая оперирует двумя понятиями (высказываниями) ─ событиеистинно (слон огромный, мышь маленькая) и событие ложно (слон маленький, мышь огромная).Следовательно, анализ комбинационных устройств и цифровых автоматов проще всего проводить с помощью алгебры логики, оперирующей толькодвумя понятиями (высказываниями): истинным (логическая 1) и ложным(логический 0). В результате функции, отображающие информацию, принимают в каждый момент времени только значения 0 или 1. Такие функции называются логическими. Логические функции «Y» нескольких переменных(Х 0 ;Х 1 …Х n-1 ) определяют характер логических операций, в результате которых набору входных переменных ставится в соответствие переменная YY = f ( Х 0….

Х n − 1).Есть условные понятия положительной логики и отрицательной логики.Если логическому 0 соответствует напряжение низкого уровня, а логической 1 ─ высокого, то такую логику принято называть положительной.Если же за логический 0 принимаем напряжение высокого уровня, а за логическую 1 ─ напряжение низкого уровня, то такую логику называют отрицательной.Мы будем рассматривать примеры только с положительной логикой.Основные логические функции, выполняемые цифровыми логическими схемами:а) Операция логического умножения ─ конъюнкция.Таблица 1Х1Х2000010100111Y = Х 1• Х 2Х1Х2&YРис.14.5. (операция 2 И)Х1Х2&YРис.14.6.

(операция 2И-НЕ)При логическом умножении входные переменные соединяют союзом«И». Такую операцию обозначают символом ^ или знаком умножения (·), ачитается как «Х1 и Х2», то есть эта операция несёт информацию о том, чтосложное высказывание истинно лишь тогда, когда истинны все простые высказывания. В нашем случае функция Y = X 1 • X 2 принимает значение логической 1 только при равенстве единице (ЛГ1) всех переменных на входахцифровой логической схемы.

Если хотя бы одна переменная принимает значение логического 0, то и выходная функция будет равна 0.Наиболее наглядно функция преобразования характеризуется таблицейистинности (табл.1). Графическое обозначение двухвходового логическогоэлемента, выполняющего операцию конъюнкции, дано на рис.14.5.б) Операция логического сложения (дизъюнкция).При логическом сложении два или более высказываний соединяют союзом «ИЛИ». Обозначают эту операцию или символом « », или знаком сложения (+), а читается как «Х1 или Х2», то есть эта операция несёт информацию о том, что сложное высказывание истинно, если истинно хотя бы одноиз простых высказываний, или же истинны оба высказывания.

Скачать материал

Скачать материал