раздел 1. Сигналы в импульсных и цифровых устройствах Тема Сигналы в импульсных устройствах
 Скачать 0.68 Mb.
|
|
РАЗДЕЛ 1. Сигналы в импульсных и цифровых устройствах Тема 1.1. Сигналы в импульсных устройствах Сигналом называют физический процесс, несущий информацию. Сигналы могут быть, в частности звуковыми, световыми, электрическими. Информация сосредоточена в изменениях параметров физического процесса. Если параметры процесса не меняются, то он не является сигналом. Так неизменный звук, световой поток, синусоидальное электрическое колебание никакого сообщения не содержат. Наоборот, в изменениях громкости и типа звука, яркости и цвета светового излучения, амплитуды, частоты и фазы электрического колебания информации. Информативным так же является также появление, например, электрического колебания, т.е. его изменение. Под электрическим импульсом понимают отклонение напряжение или тока от некоторого постоянного уровня (в частности от нулевого), наблюдаемое в течение времени, меньшего или сравнимого с длительности переходных процессов в схеме. Виды электрических импульсов.  1) Прямоугольные 2) Экспоненциальные 3) Пилообразные и треугольные 4) Трапециидальные 5) Колокообразные Видеоимпульсы  2) Экспоненциальные импульсы формируются из-за влияния ёмкостей, сопротивлений и индуктивностей на начальный и конечный участки прямоугольного импульса. 3) Пилообразные и треугольные импульсы (импульсы линейного нарастающего напряжения) используют в схемах развёртки осциллографов и электронно-лучевых индикаторов. 5) В некоторых случаях для исследования статистических закономерностей в электрических цепях используют колокообразные импульсы Перечисленные импульсы напряжения называют видеоимпульсом. Если внутри импульса происходят колебания напряжения определенной частоты, то такой импульс называется радиоимпульсом.  Графическая форма записи радиоимпульсов в напряжении Также импульсы используют в радиолокаторах, а способ их получения называется импульсной модуляцией радиосигнала (импульс высокочастотным заполнением). Кроме радиолокации, радиоимпульсы используют в многоканальной радиосвязи для одновременной передачи нескольких сообщений. Различают видеоимпульсы положительной и отрицательной полярности, а так же двухсторонние – разнополярные импульсы.  Графическая форма записи видеоимпульсов напряжения Следует иметь в виду, что реальные импульсы не имеют формы, строго соответствующей названию. Устройства, в которых действуют электрические импульсы, называют импульсными. Параметры импульсов стр. 10 – 12 [ 1 ]  Реальный прямоугольный импульс 1) Длительность. За активную длительность τна принимают промежуток времени, измеренный на уровне, соответствующем половине амплитуды. Иногда длительность импульса, определяют на уровне 0,1Umax. или по основанию импульса τu. Длительность импульса измеряется в единицах времени: секундах (с), мили секундах (мс), микросекундах (мкс), наносекундах (нс). 2) Амплитуда. Наибольшее значение напряжение или тока импульса данной формы является его амплитудой. Амплитуда импульса Umax(Imax) измеряется в вольтах (В), киловольтах (кВ), милливольтах (мВ), микровольтах (мкВ), или амперах (А), миллиамперах (мА), микроамперах (мкА). 3) Длительность и крутизна фронта импульса. Импульс имеет передний фронт и срез, последний также называется задним фронтом. Длительность переднего фронта импульса определяется временем нарастания импульса, длительность среза – временем спада импульса. Наиболее часто используется понятие активной длительности фронта tф , за которую принимают время нарастания импульса от 0,1 Umax до 0,9 Umax ; аналогично, длительность среза tc – время спада импульса от 0,9 Umax до 0,1 Umax Чем меньше tф и tc фронты импульса характеризуют скорость нарастания (спада). Эту величину называют крутизной S фронта (среза) и измеряют в вольтах на секунду (В/с), киловаттах в секунду (кВ/с) и т.д. Для прямо усиленного импульса приближено S=Umax /tф. Участок импульса между фронтами называют плоской вершиной ΔU. А также имеется отрицательный импульс. 4) Мощность в импульсе. Энергия W импульса отнесённая к его длительности, определят мощность в импульсе: Pu=W/tu. Она измеряется в ватах (Вт), киловаттах (кВт) 5) Период повторения импульсов. Периодом повторения (следования) называют промежуток времени между началом двух соседних однополярных импульсов. Она измеряется в единицах времени: с, мс, мкс. 6) Частота повторения (следования). Величину, обратную периоду повторения, называют частотой повторения следования импульсов f. Она определяет количество периодов в течение одной секунды и измеряется в герцах (Гц), килогерцах (кГц) и т.д. 7) Коэффициент заполнения. Часть периода T занимает пауза – отрезок времени между окончанием и началом двух соседних импульсов, т.е. τu=T-tn. Отношение длительности импульса к периоду повторения называют коэффициентом заполнения: Ј=τu/T. Коэффициент заполнения – величина безразмерная и меньше единицы. 8) Скважность импульсов. Величину, обратную коэффициенту заполнения, называют скважностью импульсов: q=1/ Ј=T/τ1. Скважность тоже безразмерная величина, но больше единицы. 9) Среднее значение импульсного колебания. При определении среднего за период значения импульсного колебания Uср(Iср) импульс напряжения или тока распределяют равномерно на весь период так, чтобы площадь прямоугольника IсрT равнялась площади Su.  Так, для прямоугольного импульса Su=Imax∙τu и Imax ∙τu/T = Imax∙j =Imax/q, т.е. среднее значение тока (напряжение) прямоугольного импульсного колебания в q раз меньше амплитудного. Рисунок, поясняющий определение среднее значение импульсного колебания. 10) Средняя мощность. Энергия W импульса, отнесённая к величине периода T, определяет среднюю мощность импульса: Pcp=W/T Сравнивая выражение Pu и Pcp, получим Puτu=Pcp*T, Pu=PcpT/τu=Pcpq и Pcp=Puτu/T=Pu/q, т.е. средняя мощность и мощность в импульсе отличаются в q раз. Отсюда следует, что мощность в импульсе, которую обеспечивает генератор, может в q раз превосходить среднюю мощность генератор. Тема 1.2. Сигналы в цифровых устройствах стр. 22 – 39 [1] Двойная система счисления. Структура условного сигнала: потенциальный и импульсный цифровой сигнал. Представление цифрового сигнала в последовательный и параллельной форме. Цифровые сигналы в электронных и радиотехнических устройствах. Алгебра логики (основные соотношения). Понятие минимизаций логических функций. Двойная система счисления. В двоичной системе счисления основанием системы является число 2, используемых цифр – две: 0 и 1, а веса в соседних разрядах отличаются вдвое. Число в двоичной системе счисления представляется последовательностью коэффициентов в разложении по степеням 2. Так число 3810 выражается следующим рядом по степеням 2: 3810=1∙25+0∙24+0∙23+1∙22+1∙21+0∙20=1001102 Преимуществом двоичной системы счисления является то, что она использует только две цифры. Поэтому в аппаратуре для выполнения операций достаточно пользоваться двумя значениями, к примеру, напряжения. Структура цифрового сигнала. Цифровым сигналом представляются двоичные числа. Поэтому он состоит из элементов только двух различных значений. Одним из них представляется 1, а другим – 0.    Потенциальный цифровой сигнал. Импульсный цифровой сигнал. Элементами импульсного цифрового сигнала являются импульсы неизменной амплитуды и отсутствие ux. Элементами потенциального цифрового сигнала являются потенциалы двух уровней. .   Класс логики   Положительная логика Отрицательная логика Элемент с большим значением – единица. Элемент с меньшим значением – нуль. Элемент с большим значением – нуль. Элемент с меньшим значением – единица. Аналого-цифровой преобразователь Непрерывный сигнал преобразуется в цифровой. Алгоритмы преобразования Из непрерывного сигнала периодически производится выборки мгновенных значений. Каждая выборка округляется до ближайшего разрешенного уровня. Код этого уровня представляется элементами цифрового сигнала.  Алгоритм преобразования непрерывного сигнала в цифровой. Алгебра логики (основные соотношения) Дизъюнкция (логическое сложение) – операция ИЛИ y=x1+x2+...+xn Значение у=0 имеет только при х1=х2=…=хn=0
 Элемент, выполняющий дизъюнкцию, называется элементами ИЛИ. Конъюнкция (логическое умножение) – операция И Значения у=0 имеет, если хотя бы один из переменных равен 0. 
&   Элемент, выполняющий конъюнкцию, называется элементом И Инверсия (логическое отрицание) – операция НЕ.
1 Элемент, выполняющий инверсию, называется инвертором или элементом НЕ. Основные соотношения алгебры логики: Переместительный закон Сочетательный закон Закон поглощения Закон склеивания Закон отрицания |