Сигналы импульсных и цифровых устройств

Электрический импульс – это отклонение напряжения или тока от первоначального уровня в течение короткого промежутка времени. Коротким считают промежуток времени, соизмеримый с длительностью переходных процессов.

Идеальный прямоугольный и трапецеидальный импульсы содержат основание, вершину, фронт и срез.

Реальный импульс

	Um-амплитуда – максимальное отклонение напряжения без учета выбросов
t_ф,t_ср-длительность фронта и среза
определяется по уровням 0,1Um и 0,9Um
t_u-длительность импульса определяется по уровню 0,1U_m
в₁,в₂-выбросы
∆-неравномерность (спад, завал) вершины

Существуют 2 вида импульсов: видеоимпульсы и радиоимпульсы. Видеоимпульсы получают при коммутации цепи постоянного тока.

t_u-длительность импульса t_n-длительность паузы Т-период-интервал времени между фронтами или срезами двух соседних импульсов F-частота следования, равна 1/Т

Последовательность импульсов, мгновенные значения напряжений, которых повторяются через равные промежутки времени, называют периодической импульсной последовательностью.

γ-коэффициент заполнения, равный t_u/Т

Q-скважность, равная 1/γ и Т/_t_u

Импульсная последовательность, имеющая скважность равную двум (Q=2) называется меандром

Uср- среднее значение, равное U_m/Q

Pср- средняя мощность, равная P_u/Q

Радиоимпульсы представляют собой кратковременные посылки синусоидального напряжения или тока. Они снимаются с выхода высокочастотного генератора, который управляется (модулируется) видеоимпульсами.

Периодическое несинусоидальное колебание (видеоимпульс) можно представить бесконечным рядом Фурье:

ω₁=2πf₁, f₁=1/T

f₀=0, f₁= 1/T f₂=2/T, f₃=3/T f₀₁=1/t_u f₀₂=2/_t_u f₀₃=3/t_u

Спектральная диаграмма представляет зависимость амплитуд гармонических составляющих от частоты: длина линии соответствует амплитуде гармоники, а положение линии на оси абсцисс соответствует частоте гармоники.

Рассмотрим влияние параметров на спектр:

При увеличении U_m пропорционально увеличивается амплитуда каждой гармонической составляющей;

При увеличении t_u уменьшается ширина лепестков и число гармоник в первом лепестке;

При увеличении Т уменьшается расстояние между спектральными линиями, а количество гармоник в пределах одного частотного интервала увеличивается (спектр становится более плотным);

При Т → ∞ можно перейти от последовательности импульсов к одиночному импульсу, тогда его спектр будет содержать составляющее всех частот, т.е. станет сплошным. В этом случае расстояние между гармониками будет бесконечно малым.

Спектр радиоимпульса f₀-несущая частота Спектр радиоимпульса имеет большую ширину по сравнению с видеоимпульсом и смещен на f₀ в область высоких частот.

Импульсная последовательность становится сигналом, когда в соответствии с передаваемой информацией изменяются ее параметры: амплитуда, длительность или фаза- поэтому различают амплитудно-импульсную(АИМ), широтноимпульсную (ШИМ), фазоимпульсную(ФИМ) модуляции.

Пример АИМ- модуляция импульсной последовательности непрерывным сигналом (сигналом информации). Сигнал называется дискретным, эти импульсы являются выборками (отсчетами) непрерывного сигнала. Дискретизация выполняется на основании теоремы Котельникова Т≤1/2Fmax Передача информации цифровым сигналом отличается помехоустойчивостью.

При передаче информации импульсными сигналами имеется возможность уплотнить канал (например, во времени).

В цифровых устройствах используются импульсные и потенциальные сигналы.

Элементами потенциального сигнала являются потенциалы двух уровней, каждый уровень остается неизменным в течение тактового интервала.

Элементами импульсного сигнала являются импульсы неизменной амплитуды и отсутствие их в тактовые моменты времени.

Цифровым сигналом представляются двоичные числа.

Цифровые сигналы можно представить в виде кодовых слов. Кодовое слово – это последовательность уровней логического нуля и логической единицы определенной длины. На рисунке представлено восьмиразрядное кодовое слово: 10011010. Если кодовое слово содержит n разрядов, то можно составить 2ⁿразличных кодовых слов.

Цифровой сигнал может быть сформирован из непрерывного с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП)

Преобразования выполняются в 3 этапа: дискретизация, квантование и кодирование.

Цифровой сигнал может непосредственно передаваться по проводам или через открытое пространство. При передаче через открытое пространство импульсным сигналом модулируется высокочастотное колебание. На приемной стороне радиоканала принятые радиоимпульсы преобразуются детектором в видеоимпульсы. Этот сигнал может быть использован непосредственно или преобразован в исходный непрерывный сигнал ЦАП.