Импульсный сигнал – однополярный, непрерывный во времени. Характеризуется тем, что ток в цепи «генератор- нагрузка» течет в течение (длительность импульса). Отсюда импульсные сигналы стремятся формировать прямоугольными.

Импульсные сигналы характеризуются:

· величиной максимального или амплитудного значения напряжения (тока):

· величиной действующего значения :

· величиной средневыпрямленного значения :

Помимо параметров по напряжению (по току) большое значение имеют для импульсов временные характеристики:

1) Период следования импульсных сигналов (Т)- интервал времени, определенный между точками 2 и 7, пересечением передним фронтом импульсного сигнала уровня 0,5 амплитуды двух соседних периодов. Произвольным от периода следования является частота следования импульсного сигнала, как обратное значение периоду следования. Для оценки измерения периода необходимо среднее измерение времени: осциллограф, электрический частотомер, секундомер.

2) Длительность импульса () – интервал времени, определяемый на уровне 0,5от переднего до заднего фронта.

3) Время нарастания переднего фронта () – интервал времени между точками, соответствующими 0,1и 0,9. Передний фронт характеризует степень нарастания сигнала, т.е. как быстро импульс от уровня 0 достигает. В идеале должно равняться нулю, но на практике никогда не равен нулю, нС.

4) Время спада (заднего сигнала) определяется аналогично от уровня 0,1 до 0,9 амплитуды, но на спаде импульса. Время заднего фронта как и переднего конечно. Его стремятся уменьшить, поскольку спад влияет на длительность импульса.

5) Скважность импульсного сигнала – отношение периода следования импульса к длительности импульса: .

Рис. График импульсного сигнала.

Чем выше скважность, тем большее число раз импульс “укладывается ” в период следования. В какой – то мере скважность характеризует среднюю энергию импульсного сигнала, через нее можно определить мощность:

Где - мощность импульса, - скважность.

6) Спектральная плотность импульсного сигнала . Поскольку сигнал периодический, он раскладывается по формуле Фурье на ряд гармоник, т.е. любая периодическая последовательность сигналов имеет (описывается) рядом гармоник, следовательно, может быть представлена спектром. В первую очередь, это основная гармоника – частота следования сигнала и ее кратные составляющие. Но вместе с ними в это разложение входит множество других гармоник, не кратных основной. Это гармоники меньшие основной и комбинации этих гармоник с основными.

Спектр импульсных сигналов более плотный и широкий, т.е. его можно составить из большого числа гармоник. Ширина спектра обратно пропорциональна длительности спектра, т.е. у узких импульсов спектр наиболее широкий. В спектре низшие гармоники формируют крышу импульса, самые высокие частоты – фронты импульса. Для передачи сигналов с широким спектром нужно иметь широкополосный канал.

), изменение к.-л. физ. величины (эл.-магн. поля, механич. смещения и т. п.) в течение некоторого конечного промежутка времени. С распространением И. с. обычно связан и, следовательно, передача определ. информации.

Одиночные И. с. наз. видеоимпульсами; форма их может быть различной. На рис. 1 показаны видеоимпульсы прямоугольной (а), экспоненциальной (б), колоколообразной (в) и треугольной (г) форм. Участки нарастания и спада И. с. наз. его передним и задним фронтами, макс. отклонение от нулевого (или постоянного) уровня - амплитудой И. с. Ширина И.

Высокочастотные И. с. (рис. 2), напр. акустические и радиоимпульсы, используемые в гидролокации или радиолокации, представляют собой цуги высокочастотных колебаний конечной длительности. Их огибающая имеет форму видеоимпульса.

И. с. применяется в технике связи. Передача информации в этом случае осуществляется путём модуляции колебаний. И. с. «наполнена» природа: соударения, рождение и аннигиляция элем. ч-ц, переходы атомов и молекул из одного в другое сопровождаются импульсным излучением. Импульсный хар-р имеют «всплески» радиоизлучения косм. источников (Солнца, пульсаров и др.), а также всплески земного происхождения; напр., при грозах возникают радиоимпульсы, наз. атмосфериками.

Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .

ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ

Кратковрем. изменение физ. величины (поля, параметра материальной среды и т. п.). В зависимости от природы различают акустич., эл.-магн. (в т. ч. радио- и оптич.), электрич. и т. п. И. с. Осн. параметрами, определяющими свойства И. с., являются: длительность (протяжённость в пространстве), амплитуда - величина максимального отклонения от определ. уровня, длительность (протяжённость) фронта и среза (спада), перемещения в среде. Повторяющиеся во времени И. с. характеризуютсяпериодом (пли частотой) повторения, а такжe скважностью, определяемой как отношение периода повторения к длительности импульса. Фурье преобразование, осн. параметром к-рого является ширина спектра И. с. Спектр любого И. с. бесконечен, однако в технике под шириной спектра И. с. обычно понимают ограннч. область частот Dw, в к-рой сосредоточена доминирующая доля (напр. /0,9) полной энергии И. с., её наз. активной шириной спектра. Между активной шириной спектра Dw и длительностью Dt реальных И. с. выполняется соотношение неопределённости DwDt=const, гласящее: чем меньше длительность ( времени наблюдения) И. с., тем шире его (тем шире должна быть обрабатывающей и измерительной аппаратуры).В радиоэлектронике одиночные И. с. наз. видеоимпульсами, а короткие пакеты высокочастотных колебаний, огибающая к-рых изменяется по закону видеоимпульсов,- радиоимпульсами. Радиоимпульсные сигналы, используемые в радиолокации, можно рассматривать как частный случай амплптудномодулированных колебаний (см. Амплитудная модуляция). В информационно-вычислит. технике и технике связи последовательности И. с. применяют для кодирования и информации (см. Импульсная модуляция). По роли в передаче информации И. с. можно разделить на полезные и мешающие (импульсные помехи), по степени определённости ожидаемых значений- на детерминированные (регулярные) и случайные. Импульсные устройства). Фактически любое заряж. частиц представляет собой совокупность И. с. разл. амплитуды и длительности. Поэтому И. с. широко представлены в природе в виде "всплесков" излучений космич. источников (напр., пульсаров); сейсмич. возмущений, напр., в результате сдвигов земной коры; возмущений, распространяющихся в биологически активных средах (см. Нервный импульс), и т. д. Лит.: Гоноровский И. С., Радиотехнические цепи и сигналы, 4 изд., М., 1986; Ицхоки Я. С., Овчинников Н. И., Импульсные и цифровые устройства, М., 1973. Ю. К. Богатырёв. М. А. Миллер.

Импульсные сигналы составляют основу работы многих электронных установок, применяемых в радиолокации, технике автоматического контроля и управления производственными процессами и целом ряде других областей. Особое место в этом ряду занимают вычислительные устройства, в частности, цифровые вычислительные машины, широкое применение которых послужило толчком для развития импульсной техники.  

Импульсные сигналы составляют основу работы многих электронных установок, применяемых в радиолокации, технике автоматического контроля и управления производственными процессами и целом ряде других областей. Особое место в этом ряду занимают вычислительные устройства, в частности ЦВМ, широкое применение которых послужило толчком для развития импульсной техники. Особенности импульсных сигналов налагают определенные требования к импульсным устройствам. Прерывистый характер воздействия импульсов на схемы вызывает появление в них переходных процессов, приводящих, как правило, к искажению формы импульсов. Если сигналы следуют друг за другом с промежутком времени (интервалом), превышающим время, необходимое для установления переходных процессов в цепях схемы, то воздействие этих импульсов на схему можно свести к рассмотрению воздействия одного сигнала.  

Импульсные сигналы могут иметь самую разнообразную форму.  

Импульсный сигнал, выделенный детектором, поступает через дроссель Др1 и резистор R3 на базу транзистора TI, режим которого определяется делителем Ri, Jji, Дг. Это сделано для повышения помехоустойчивости системы, так как уровень шумов на входе формирователя меньше этого порогового значения. Дроссель Др1 служит фильтром высокой частоты.  

Импульсные сигналы, принятые рамкой, усиленные и преобразованные приемником, подаются на одну пару отклоняющих пластин; на вторую пару подается напряжение, линейно изменяющееся во времени от местного генератора, называемого генератором развертки.  

Импульсный сигнал проходит через три каскада усиления. На выходе расположен синхронный детектор, который восстанавливает первоначальное состояние входного сигнала. При модуляции входного сигнала возникают переход; ные процессы, которые искажают выходной сигнал. Искажения возникают из-за разделительных конденсаторов. Для устранения переходных процессов в измерительном усилителе, применяют цепи компенсации. На вход / подается модулированный сигнал. Резистором R3 добииваются такого положения, при котором постоянная составляющая в модулированном сигнале отсутствует. Так, если модулятор преобразует входной сигнал в импульс - сы одной полярности; то в результате действия цепей компенсации на выходе первого каскада усилителя действует уже двухполярный импульсный сигнал. Таким образом, на переходных конденсаторах не происходит изменения напряжения при изменении амплитуды входного сигнала.  

Импульсные сигналы с формирователей поступают либо на им-пульсно-потенциальные клапаны (входы формирователей) либо на входы триггеров. Выходы ячс-ек И и Д поступают на входы ячеек И, Д и импульсно-потенци-альные клапаны.  

Импульсные сигналы, управляющие логическим устройством, формируются в синтезаторе низких частот.  

Импульсные сигналы представляют собой кратковременные двоичные сигналы.  

Импульсный сигнал, поступающий на вход коммутационного устройства, обычно содержит значительную статистическую избыточность. Например, для передачи дискретных сигналов телеграфного вида можно использовать соединительный путь, образованный постоянно замкнутыми электронными или механическими контактами. При этом на выход коммутационного устройства будут переданы все составляющие спектра импульсной последовательности. Однако с точки зрения использования пропускной способности соединительных путей коммутационного устройства такое решение является неоптимальным.  

Импульсный сигнал можно абсолютно точно разделить, а затем подать на вход блока управления ШД, Электронный коммутатор также выполняет функцию деления входных импульсов по числу фаз двигателя, поэтому делитель частоты может частично выполнять его функцию.  

Импульсные сигналы с дискретным изменением параметра применяются для передачи информации от сигнализирующих измерительных преобразователей, для контроля состояния различных двухпозиционных устройств, а также для передачи командных сигналов типа включить - выключить.  

Измерение длительности импульса и периода повторения производится известными методами, например с помощью осциллографа. Для точного измерения этого коэффициента необходимо определить форму огибающей импульса (после детектирования), внести поправку на нелинейность детектора, измерить площадь импульса и определить амплитуду эквивалентного прямоугольного импульса. Поправку на нелинейность детектора определяют с помощью генератора стандартных сигналов; выходное напряжение детектора калибруют в зависимости от мощности на входе.
К опреде - соседних импульса (. В этом случае по масштабной сетке измеряются расстояния. Измерение длительности импульсов методом дискретного счета изложено в разделе измерений временных интервалов.
Измерение длительности импульса аналогично измерению периода.
К определению длительности импульса. Измерение длительности импульсов методом дискретного счета изложено в разделе измерений временных интервалов.
Измерение длительности импульсов и других временных характеристик электрических сигналов выполняется при помощи калибраторов длительности - генераторов светящихся меток. Частота развертки обычно приблизительно известна по делению шкалы, против которого установлен указатель переключателя. Если на экране изображен синусоидальный или другой периодический сигнал и требуется определить его частоту, необходимо количество периодов колебания умножить на частоту развертки.
Структурная схема прибора в режиме измерения периода. Измерение длительности импульсов (рис. 17) аналогично схеме измерения периода, разница в том, что длительность строб-импульса равна длительности входного импульса.
Для измерения длительности импульсов в схеме имеется калибратор длительности, собранный на лампе Л86, в катоде которого имеются резонансные контуры.
Измерение интервала [ IMAGE ] Измерение интервала. Для измерения длительности импульса калибрационные метки накладываются на его изображение путем подачи их на пластины у (рис. 166, а) или на модулирующий электрод трубки. Соответствующие осциллограммы показаны на рис. 166, бив.
Для измерения длительности импульса применяют электронную схему, выходное напряжение которой пропорционально длительности импульса и, следовательно, размеру изделия.
Измерение интервала [ IMAGE ] Измерение интервала. Для измерения длительности импульса кадибрационные метки накладываются на его изображение путем подачи их на пластины (рис. 150, а) или на модулирующий электрод трубки.

Для измерения длительности импульса помехи может быть применен цифровой измеритель временных интервалов. Однако необходим режим однократного измерения.
Для измерения длительности импульса тока осциллографами необходимо иметь масштаб времени. В случае применения магнитоэлектрического осциллографа это выполняется путем одновременной записи двух кривых: импульса тока и напряжения переменного тока известной частоты. В осциллографе МПО-2 для этой цели служит специальный отметчик времени - вибратор, на который подается напряжение с частотой 500 гц. Для измерения длительности импульсов машин переменного тока отметчик времени не обязателен, так как по числу периодов тока (один период равен 0 02 сек) может быть подсчитана длительность импульса. Для измерения длительности импульсов и пауз при роликовой сварке масштаб времени необходим во всех случаях.
Измерение интервала времени между двумя импульсами с использованием фиксированных меток (а и подвижной метки (б.| U. Метки времени при измерении длительности импульса. Для измерения длительности импульса метки времени накладываются на его изображение путем подачи напряжения генератора меток на пластины Y или на модулирующий электрод трубки.
Точность измерения длительности импульсов перечисленными методами в значительной степени определяется линейностью развертки.
Ошибка измерения длительности импульсов не превышает этих же величин. Влияние разной величины эффективной длины отверстия в различных местах сечения также невелико, так как с увеличением длины отверстия влияние краевых эффектов уменьшается, распределение же импульсов по длительности существенно не изменяется. Таким образом, различную длительность импульсов можно объяснить лишь неодинаковыми величинами скоростей на разных / расстояниях от оси отверстия, что непосредственно вытекает из законов гидродинамики.
При измерении длительности импульсов открытие ключа производится передним фронтом, а закрытие-задним. При измерении интервалов времени между импульсами открывает ключ первый импульс, закрывает - второй. Измеряемые величины при этом подаются на один из входов прибора. В остальном работа прибора происходит так же, как при измерении угла сдвига фаз.
Область неопределенности при измерении задержки и ширины прямоугольного импульса.| К вычислению ошибок измерения длительности и задержки трапецеидального импульса. При измерении длительности импульса также важно знать предельную точность, которая достигается при уменьшении тф.
Большую точность измерения длительности импульсов позволяет получить метод, основанный на подсчете числа колебаний высокочастотного генератора, поданных на счетчик за время прохождения импульса. В этом случае счетчик может отпираться и запираться напряжением триггера / (фиг.
Характеристики измерителей энергетических параметров ОКГ. Распространенным методом измерения длительности импульсов является предварительное преобразование их в электрические импульсы с последующим измерением обычными радиотехниче-ческими методами.
Калиброванные метки для измерения длительности импульсов установлены через 0 05; 0 2; 1 0; 5; 20 и 100 мсек. Имеется возможность подавать исследуемые напряжения непосредственно на вертикально и горизонтально отклоняющие электроды электронно-лучевой трубки.
Наиболее простым методом измерения длительности импульсов является метод, основанный на использовании осциллографа. Измеряемые импульсы подаются на вход усилителя вертикального отклонения луча или непосредственно на вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. В этом случае на экране осциллографа получается картина, показанная на фиг. По числу меток времени, зная интервал между ними, определяется длительность импульса.
Определение длительности импульса по ширине развертки.| К определению длительности импульсов по периоду их следования.| К определению длительности импульсов по числу калиб-рационных меток.
В настоящее время для измерения длительности импульсов наибольшее практическое применение получили методы, связанные с применением осциллографа. Зная (или измеряя) частоту развертки, по формуле T ff можно определить период развертки.
ПВ-52 и СБ-1М, Измерение длительности импульсов низкочастотных машин требует включения - дополнительного реле.
Описанный метод можно использовать для измерения длительности импульсов фототока, исключив из схемы устройство для преобразования импульсов. В этом случае нахождение точек, между которыми должна быть определена длительность импульса, выполняет наблюдатель.
Для прямого наблюдения структуры излучения и измерения длительности импульса применялся поглотитель (ванадий-фта-лоцианин, растворенный в нитробензоле) с относительно большим временем релаксации Р21 1 2 0 6 не.
Калибратор генератора может быть использован также для измерения длительности импульсов настраиваемой схемы в пределах от 0 5 до 20 мксек. Исследуемый импульс подается на вход индикатора, а переключатель индикатор ставится в положение внешний импульс. В остальном измерение длительности внешнего импульса производится так же, как и внутреннего.
Из полученного результата видно, что в рассмотренном случае погрешность измерения длительности импульса определяется погрешностью коэффициента развертки.
Такое коммутирование формирующих схем объясняется теми же причинами, что и при измерении длительности импульсов обеих полярностей. Независимо от вида измерений управляющий импульс отрицательной полярности через буферный каскад и линию задержки поступает на усилитель. Линия задержки обеспечивает задержку управляющего импульса на время, необходимое для сброса пересчетной схемы прибора в нулевое положение перед началом очередного цикла измерений.
Погрешность метода определяется следующими составляющими: погрешностью измерения среднего значения мощности; погрешностью измерения длительности импульса; погрешностью измерения частоты следования импульсов; погрешностью определения коэффициента формы импульса.
В упомянутом выше устройстве для контроля положения края проката фирмы Дженерал Электрик применена схема для измерения длительности импульса фототока на пропорциональном уровне (фиг.
Наличие во входных формирователях усилителя постоянного тока позволяет выполнить ва ж-ный для измерительной практики род работы прибора - измерение длительности импульсов. Импульсный сигнал длительностью в (от 1 мсек и более) подается на вход формирователя А. В процессе формирования на выходах / и / / образуются короткие импульсы, отвечающие началу и концу измеряемого импульса. Эти импульсы используются для открытия селектора 2 на время 6, в течение которого на счетные декады поступают метки времени.
ПИВИ-2) - прибор для измерения временных интервалов, служащий для получения импульсов любой формы и полярности амплитудой от 0 1 до 500 в, для измерения длительностей импульсов и их фронтов и проведения других измерений с помощью масштабных меток 0 5 и 0 01 мксек.
Прибор измерения временных интервалов И2 - 5 (ПИВИ-2) служит для получения импульсов любой формы и полярности амплитудой от 0 1 до 500 в, для измерения длительностей импульсов и их фронтов и проведения других измерений с помощью масштабных меток 0 5 и 0 01 мксек.
В заключение этого параграфа мы хотим обратить внимание на то, что косвенные, корреляционные методы исследования, базирующиеся на измерении высших корреляционных функций, могут быть использованы ие только для суждения о наличии самого эффекта синхронизации мод и измерения длительности импульса (см. § 3 гл.
Блок-схема стробоскопа, основанного на эффекте Холла.| Схема измерения скорости смещения импульсов.
Для измерения длительности импульсов используется сердечник с прямоугольной петлей гистерезиса, работающий в режиме суммирования дискретных приращений потока.
Для измерения фемтосекундной длительности импульсов используют корреляц. Широко распространена схема нели-нейно-оптич. При этом интегрирующий сигнал фотоприемника измеряет автокорреляц.
Наиболее часто при этом измерения проводят на высоте, равной половине амплитуды (фиг. Уровень, на котором проводится измерение длительности импульса, не может быть установлен постоянным, так как при этом на результат измерения влияла бы амплитуда импульса.
Разница при контроле малых или больших размеров состоит в смене оптических систем: телеобъектив или микроскоп. Реализация этого способа сводится к измерению длительности импульсов или их подсчету, формируемых изображением краев объекта на экране видеоконтрольного устройства. Такие способы при автоматических измерениях реализуются в виде применения дифференциальных или раздваивающих систем.
Структурная схема реле времени. Действие цифровых фазометров основано на измерении длительности импульса Д, пропорциональной измеряемому фазовому сдвигу.
Эти приемники, осуществляющие обратное преобразование импульсов, модулированных по длительности в постоянный ток, делятся на две группы - электромеханические и электрические. Первые, представляющие собой различные механические устройства для измерения длительности импульсов, применялись раньше в так называемых длиннопериодных устройствах. В электрических приемниках осуществляется измерение среднего тока импульса, как в рассмотренных конденсаторных частотомерах, либо отношения длительности импульса к периоду.
Остаточный сигнал, полу. Если с одного прохождения становится трудно зарегистрировать сигнал образца, то при измерении длительности импульса приходится проявлять больше изобретательности и терпения. В зависимости от того, насколько плоха чувствительность, можно использовать различные пути. Если сигналы, видимые в некоторых спектрах, исчезают в шуме при приближении к я-импульсу, то может быть достаточно определить последний видимый положительный сигнал и первый видимый отрицательный и взять среднюю между ними величину.
Недостатком рассмотренной схемы является наличие в ней цепей с конденсаторами, которые заряжаются до напряжения, равного половине амплитуды импульса. Постоянная времени цепей с этими конденсаторами сильно увеличивает инерционность всей схемы и вносит дополнительные погрешности в измерение длительности импульсов при изменении их амплитуды, что имеет место при изменении интенсивности освещения контролируемого тела.
При измерении данным методом используется некалиброванная линейная развертка. Временной интервал определяется по числу калибровочных импульсов или меток, помещающихся на экране осциллографа между изображениями опорного и интервального импульсов, аналогично измерению длительности импульса в синхроноскопе. В специальных измерителях временных интервалов предусматривают высокостабилыные по частоте генераторы калибровочных меток, позволяющие производить измерения с высокой точностью - Часто измерительные возможности подобных приборов не ограничиваются только точным определением временных интервалов - они значительно шире.
Вто время как найденные для рубинового лазера длительности импульсов хорошо согласуются с экспериментально измеренными, рассчитанные для лазера на стекле с неодимом значения от 2 до 10 раз меньше измеренных в максимуме цуга импульсов значений. Это расхождение определяется действием дополнительных нелинейных эффектов в стеклянных стержнях не-одимового лазера (неоднородное снятие усиления, зависимость показателя преломления от интенсивности и дисперсия), приводящих к фазовой модуляции импульса и как следствие к его удлинению, что не учитывалось в расчете. Измерения длительности импульсов в начале цуга (где автомодуляция фазы еще не играет заметной роли) дают значения, отличающиеся от расчетных лишь на 2 - 3 пс.
В дальнейшем, если это особо не оговорено, длительность импульса ta будет измеряться по основанию. Единицей измерения длительности импульса является секунда.
Блок-схема. измерения сдвига фаз в усилителе. При таких измерениях необходима линейная развертка с известной скоростью. Однако этот метод пригоден для малых скважностей (не более 10), когда на экране укладываются по крайней мере два импульса. При больших скваж-ностях измерение длительности импульсов возможно только при наличии ждущей развертки и использовании яркост-ных отметок времени. В этом случае запуск развертки производится исследуемым импульсом. Одновременно на управляющую сетку трубки подают калибрационные импульсы для получения меток.

Представляет интерес использования в ЭСЧ с МП измерителя амплитуд импульсных сигналов, с помощью которого обеспечивается автоматическая установка уровня запуска при измерении длительности импульсов. МП запоминает максимальное и мини - - мальное значения измеренного напряжения импульсного сигнала, вычисляет среднее арифметическое этих значений и автоматически устанавливает соответствующий уровень запуска. Данный метод позволяет существенно снизить погрешность измерения длительности импульсов для случая, когда их форма значительно отличается от прямоугольной.
Остановившись на определенном виде синхронизации, вытекающем из условий исследования, нужно обратить внимание на требуемые значения синхронизирующих напряжений при данном виде синхронизации и используемом виде развертки. Если применяется ждущая развертка, то следует учесть требования к длительности и амплитуде импульса, запускающего генератор ждущей развертки. Не должна оставаться вне поля зрения и полярность синхронизирующего сигнала: от правильного выбора ее зависят возможность наблюдения интересующего экспериментатора участка исследуемого сигнала и точность измерения длительности импульса.

Электрическим импульсом называют напряжение или ток, отличающийся от нуля и имеющий постоянное значение лишь в течение короткого промежутка времени, меньшего или сравнимого с длительностью установления процессов в электрической системе, в которой действует этот ток или напряжение. В случае следующих друг за другом импульсов обычно предполагается, что интервал между ними существенно превышает длительность процессов установления.

В противном случае этот сигнал называют переменным напряжением или током сложной формы. С чисто математической точки зрения переходные процессы протекают, как известно, бесконечно долго, поэтому данное определение не совсем строго. Однако в реальных цепях длительность этих процессов не превышает 3τ, где τ - постоянная времени цепи, поэтому такое определение вполне допустимо.

Все многообразие электрических импульсов можно разделить на видеоимпульсы (рис. 1.2, а) и радиоимпульсы (рис. 1.2, б).

Рис.1.2. Видео- и радиоимпульсы

Связь между этими двумя типами импульсов состоит в том, что огибающая радиоимпульса представляет собой видеоимпульс. Частота синусоидального сигнала, которым заполнен видеоимпульс, называется частотой заполнения. Системы автоматики и управления оперируют в основном с видеоимпульсами, которые в дальнейшем будем называть просто импульсами.

Рис. 1.3. Реальный прямоугольный импульс

На рис.1.3 приведен пример реального импульса.

Основными характеристиками и параметрами импульсов являются:

• 1.Амплитуда импульса Um = А;
• 2.Активная длительность импульса (измеряется на уровне 0,1А) tИ;
• 3.Крутизна фронта sФ = dU/dt≈Um/tФ;
• 4.Крутизна спада sСП = dU/dt≈Um/tСП;
• 5.Искажение вершины импульса ΔU;
• 6.Амплитуда обратного выброса UmОБР;
• 7.Длительность обратного выброса tИ ОБР;
• 8.Мощность импульса P = W/tИ, где W - энергия импульса.

Периодически повторяющиеся импульсы образуют импульсную последовательность (рис.1.4). Она характеризуется следующими параметрами:

1.Частота импульсной последовательности ƒ = 1/Т, где T = tИ + tП;

2.Коэффициент заполнения γ = tИ/Т (диапазон изменения 0…1) и скважность Q = Т/tИ (диапазон изменения от до 1);

3.Среднее значение импульса (рис.1.5)

Рис. 1.4. Импульсная последовательность

Рис. 1.5. Определение среднего значения импульса

Импульсы имеют различную форму:

• прямоугольные,
• треугольные,
• трапецеидальные,
• экспоненциальные

и др. (рис.1.6), так же могут быть однополярными (а) и разнополярными (б) (рис.1.7). Однополярные импульсы могут быть положительными и отрицательными. Для получения импульсных последовательностей различной формы, частоты и амплитуды применяют специальные генераторы.

• Рис. 1.6. Треугольные (а),
• трапецеидальные (б),
• экспоненциальные (в) импульсы

При анализе работы систем автоматического управления и их отдельных элементов в качестве типовых возмущений используют одно из следующих.

• 1. Ступенчатое возмущение — мгновенное изменение воздействия на постоянную величину, чаще всего равную единице измерения (рис. 1.8, а). Физически система испытывает толчок. АналитическиЕдиничный скачок в момент t1 пo отношению к моменту t0 аналитически записывается в виде 1(t1 - t0).
• 2. Импульсное возмущение - это возмущение, полученное как последовательность двух одинаковых по величине, но противоположных по знаку ступенчатых возмущений, сдвинутых во времени. Особое значение имеет единичная импульсная или дельта-функция.

Дельта-функция обладает следующими свойствами:

Свойство (1.6) означает, что, несмотря на то, что функция имеет пренебрежимо малую длительность, площадь, ограниченная ей, имеет конечное значение, равное 1.

Свойство (1.7) означает, что импульсная функция, полученная как произведение произвольной функции на дельта-функцию, существует лишь в момент t1 и площадь ее равна значению функции в точке t1. Единичная импульсная функция является производной от единичного скачка.

3. Периодическое возмущение. В ряде случаев периодическое возмущение является наиболее удобным для исследования. Так, для автоматических систем, работающих в режиме незатухающих колебаний, целесообразно проводить проверку их свойств под действием периодических возмущений.Стандартным считается периодическое возмущение единичной амплитуды x(t)=sinωt. Аналоговые и дискретные сигналы имеют некоторые общие характеристики, с помощью которых они описываются. К таким характеристикам относятся: динамический диапазон, время установления и ширина спектра сигнала.

Динамический диапазон характеризуется отношением наибольшей мгновенной (пиковой) мощности к наименьшей (пороговой) мощности. Динамический диапазон является чисто физической характеристикой сигнала и не отражает смысла передаваемой с помощью этого сигнала информации. Однако его выбор определяется максимально допустимыми искажениями, которым может подвергаться сигнал в процессе формирования, передачи, обработки и приема без потери заключенной в нем информации. Наименьшая (пороговая) мощность сигнала определяется уровнем шумов и помех, которые неизбежно присутствуют в виде колебаний и скачков питающего напряжения, тепловых шумов, наводок от излучения, электромагнитных полей и т. д. При этом сигнал должен быть таким, чтобы он четко различался на уровне помех. Увеличение сигнала приводит к росту отношения сигнал-помеха, однако максимальное (пиковое) значение сигнала ограничивается как ростом затрачиваемой мощности, так и предельными характеристиками элементов и устройств, через которые происходит передача сигналов. Насыщение этих элементов приводит к искажению передаваемых сигналов, а значит и заключенной в них информации.

Время установления является динамической характеристикой сигнала и определяется временем, за которое сигнал достигнет своего установившегося значения. Этот параметр непосредственно связан с временными характеристиками устройств, формирующих сигнал, и определяется их инерционностью. Время установления можно характеризовать либо функцией времени (временной характеристикой), описывающей реальный процесс, либо функцией частоты (спектром, или рядом гармонических колебаний). При этом оба представления равносильны и взаимно дополняют друг друга, а переход от одного к другому осуществляется с помощью прямого и обратного преобразования Фурье или Лапласа. Выбор того или иного способа описания (временного или частотного) определяется исключительно назначением устройства. При этом меняется лишь точка зрения на предмет, но не сам предмет, который представляет собой объективную реальность, независимую от способа ее описания.

Кроме рассмотренных общих характеристик, различные виды сигналов характеризуются рядом дополнительных, детализирующих их параметров. У постоянного напряжения - это амплитуда, у переменного напряжения - амплитуда, частота, фаза, среднее и действующее значения. Импульсные сигналы более сложны по форме, поэтому опишем их более детально.