Главная | Обратная связь

Основные параметры импульсного сигнала

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(государственный технический университет)

филиал «Восход»

 

 

Кафедра Б-11 Сарапулов В. Н.

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторной работы по дисциплине«Контрольно-

испытательные системы»

 

на тему: «Параметры и спектры импульсов»

 

Одобрено Ред. Советом

филиала «Восход» МАИ

протокол №___________

от «___»_________2005 г.

 

 

Байконур 2005 г.

Аннотация

 

Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 130900 в выполнении лабораторной работы по курсу « Контрольно-испытательные системы».

Лабораторная работа основана на закреплении знаний лекционного курса в изучении основных параметров импульсных сигналов и их спектров.

Лабораторная работа позволяет студентам получить навык в определении параметров импульсных сигналов, в определении спектров импульсов на основе разложения импульсов в ряды Фурье.

 

Содержание

Аннотация

Содержание

Основные обозначения 4

Введение 5

Цель лабораторной работы 6

Параметры и спектры импульсов 7

1.1 Основные параметры импульсного сигнала 7

1.2 Спектральный состав импульсного сигнала 12

1.3 Связь между параметрами импульса и шириной его спектра 17

2 Практическая часть 27

3 Отчетность по лабораторной работе 28

Контрольные вопросы 29

Литература 30

 

Основные обозначения

 

RC – цепь - электрическая схема, состоящая из резисторов и

конденсаторов

Введение

 

Приступая к выполнению лабораторной работы, студент должен внимательно изучить лекционный материал по данной теме.

При выполнении работы первоначально надо разобраться в основах представления параметров импульсного сигнала, в его спектральном составе, а затем определить связь между параметрами импульса и шириной его спектра.

Лабораторная работа должны помочь студентам специальности 130900 лучше усвоить теоретический курс, читаемый по дисциплине «Контрольно-испытательные системы».

Целью лабораторной работы является изучение основ представления параметров импульсного сигнала, его спектрального состава, определить связь между параметрами импульса и шириной его спектра.

Задачи лабораторной работы - закрепить знания лекционного курса:

- по основным параметрам импульсного сигнала;

- по спектральному составу импульсного сигнала;

- по связи между параметрами импульса и шириной его спектра.

Параметры и спектры импульсов

Основные параметры импульсного сигнала

 

Чаще всего под импульсом подразумевают быстрое появление и исчезновение электрической величины (напряжения, тока), т. е. действие напряжения (тока) на электрическую схему в течение короткoro промежутка времени t_И, значительно меньшего по длительности, чем пауза t_п между импульсами (рисунок 1а).

Такое определение импульса как кратковременного электрического толчка широко используется, например, в радиолокации и импульсной связи. Однако в других отраслях техники — телевиде­нии, радиоизмерениях — под импульсами часто понимают пере­менные напряжения (токи), форма которых отличается от сину­соидальной (например, импульсы пилообразного напряжения — рисунок 1 б, прямоугольные импульсы с паузой, по длительности сравниваемой с длительностью импульса, — рисунок 1 в и др.). Для этого вида импульсов нельзя сказать, что они характерны кратковремен­ностью действия или большой относительной длительностью паузы.

Следует различать приведенные выше определения импульса и использовать в каждом конкретном случае наиболее подходящее в зависимости от задачи, выполняемой тем или иным импульсным устройством.

В технике используются импульсы различных электрических величин: тока (в отклоняющих катушках телевизионных трубок, в импульсных трансформаторах), напряже­ния (в импульсных усилителях, в устройствах синхронизации разверток, в осциллографах) и мощности (в передатчиках радиоло­кационных станций). Однако наиболее часто рассматриваются импульсы напряжения.

Импульсы различаются по форме. Во многих радиотехнических устройствах стремятся создать прямоугольные импульсы, которые в идеальном случае характеризуются мгновенным появлением и ис­чезновением напряжения (участки аб и вг на рисунке 1 г). Вершина («крыша») идеального

прямоугольного импульса, т. е. участок бв, представляется в виде отрезка прямой, параллельной оси време­ни t. Теория и практика показывают, что вследствие наличия па­разитных емкостей и индуктивностей ни одна радиотехническая схема не в состоянии создать прямоугольный импульс, подобный изо­браженному па рисунке 1 г. Реальный прямоугольный импульс, в отличие от идеального, не может возникать и исчезать мгновенно (рисунок 1 д), а«крыша» такого импульса всегда имеет скос (рисунок l e).

Рисунок 1 – Формы и параметры импульсов:

Таким образом, вводится понятие длительности фронта t_Ф и спада t_С (участки аб и вг на рисунке 1). Скос «крыши» импульса обычно оценивается как отношение изменения напряжения ΔU к максимальной величине этого напряжения:

(1)

При измерении длительности фронта (или спада) может возникнуть неопределенность в связи с тем, что в точках абвг нет излома и возникновение и установление импульса происходит плавно (pисунок 2). Так как в этом случае трудно установить, где находятся точки аб и вг, длительность фронта (спада) принято определять между уровнями, соответствующими 10 и 90% полного размаха импульса U. По той же причине длитель­ность импульса t_И определяется на уровне 0,1U.

 

 

Рисунок 2 – К определению длительности импульса и фронта

 

Кроме прямоугольных импульсов, в радиотехнике широко используются экспоненциальный, колокольный и косинус-квадратичный импульсы (рисунок 3).

По характеру своего возникновения импульсы могут быть оди­ночными, периодическими и хаотическими. К одиночным относят­ся импульсы, появляющиеся настолько редко, что ко времени возникновения на входе какой-либо схемы следующего импульса она оказывается полностью «освобожденной» от влияния предыдущего.

Рисунок 3 – Экспоненциальный, колокольный и косинус-квадратичный импульс

Рисунок 4 - Импульсный процесс: а) периодический; б) хаотический

Обычно в схеме, на которую воздействуют импульсы, кроме резисторов, имеются конденсаторы и катушки индуктивности. В этих элементах под воздействием импульсного напряжения возникают переходные процессы – конденсаторы заряжаются или разряжаются, катушки индуктивности накапливают или расходуют магнитную энергию. После окончания действия импульса переходные процессы в схеме некоторое время продолжаются. Наконец, наступает момент, когда можно утверждать, что переходные процессы закончились, напряжения на конденсаторах и токи в катушках индуктивности стали практически постоянными. Следующий импульс будет воздействовать на схему без всякой связи и зависимости от предыдущего. Такая последовательность импульсов может считаться последовательностью одиночных импульсов.

Периодическая последовательность импульсов обладает строгим ритмом повторения, постоянством следования (рисунок 4 а). Периодические импульсы, независимо от их формы, харак­теризуются периодом повторения Т, частотой следования f = 1 / T и скважностью Q = T / t_И.Теоретически скважность может лежать в пределах Q мин = 1; Q макс = .

 

 

 

Рисунок 5 – Импульсный процесс без постоянной составляющей

 

На практике скважность имеет величину от нескольких единиц до сотен тысяч (иногда вместо скважности пользуются термином «коэффициент заполнения»: k =1/ Q = T_П / T).

Последовательность хаотических им­пульсов не имеет строго постоянного пе­риода (рисунок 4,б). Примером хаотиче­ских импульсов могут служить, например, тепловые шумы в резисторах за счет дробового эффекта и др.

В импульсном сигнале возможно нали­чие постоянной составляющей. Для того, чтобы в напряжении u(t) (рисунок 5) ее не содержалось, необходи­мо, чтобы площадь под положительной кривой абв равнялась пло­щади под отрицательной кривой вгд

S₁ = S₂. (2)

Однако во многих практических случаях эти площади могут быть неравными. Возникающая при этом постоянная составляю­щая Uпост определяется выражением

Uпост= . (3)

Наличие постоянной составляющей вносит иногда неясность в определение амплитуды импульса. Поясним это примером. На вход RC-цепи(рисунок 6) подается последовательность однополярных прямоугольных импульсов с амплитудой U₁, содержащих постоянную составляющую. На входе RC-цепи (на резисторе R) в связи с наличием последовательно включенного конденсатора С постоянная составляющая устраняется. В этом случае амплитудой выходных импульсов U₂ естественно считать размах напряжения от нуля до максимума, т.е. U_{2 <} U₁, хотя после прохождения RC-цепи с достаточно большой постоянной времени форма и скважность импульсов практически не изменились.

Чтобы постоянная составляющая не влияла на определение амплитуды, целесообразно ввести понятие полного размаха (полной амплитуды) импульса от максимального до минимального значений импульсного напряжения (U_m на рисунке 6).

Рисунок 6 - К пояснению потери постоянной составляющей на выходе RС-цепи

 

 

Рисунок 7 – Видео- и радиоимпульсы

 

В радиотехнике различают два вида импульсов — видеоим­пульсы и радиоимпульсы. Видеоимпульсы (рисунок 7 а) не могут быть практически излучены антенной из-за наличия в них низко­частотных составляющих. Для этой цели пригодны радиоимпуль­сы, представляющие собой «пачку» синусоидальных колебаний. Огибающая радиоимпульса определяет его тип и название. Та­ким образом, можно представить, например, прямоугольный радио­импульс, а также колокольный, экспоненциальный и другие (рисунок 7, б).