Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 3
Текст из файла (страница 3)
(.2), преобразующий линейное перемещение к в напряжение О, „. Дискретные электронные устройства (ДЗУ) предназначены для приема, преобразования и передачи электрических сигналов, полученных путем квантования' по времени и(или уровню исходной аналоговой функции х(!). Поэтому действующие в них сигналы пропорциональны конечному числу выбранных по определенному закону значений реальной физической величины, отображаемой в виде различных параметров импульсов з или перепа- Рнс ) 3 Основные параметры нмпульсон (а) и перепадов (6) напряженна дон' напряжения нлн тока. Поскольку обычно интересуются не только конкретными значениями к(1), но н ее изменением, для передачи информации используют последовательности импульсов илн перепадов.
Основные параметры импульсных последовательностей, используемых в ДЭУ для отображения информации, определим на примере импульсов и перепадов напряжения, показанных на рис. 1.3, а, б (1 — амплитуда импульса или перепада; наибольшее отклонение напряжения от исходного, установившегося значения Уе., 1о,1,„— длительности фронта и спада импульса — временной интервал между моментами, в которые мгновенное напряжение и удовлетворяет условию 0,10„~и -0,9(1„.
Для перепадов аналогичные параметры называют длительностью фронта положительной 1о" н отрицательной го-., 1,— длительность импульса — временной интервал между моментами на соседних интервалах 1о и 1оы для которых и=0,511; Т вЂ” период следования импульсов — временной интервал между моментами на соседних интервалах 1о или 1,„, для которых и=05(1 . Величина 1=11Т иазынастся частотой следования импульсов; 1„= Т вЂ” 1 — длительное гь паузы между нмпульсамн; К,=1,~Т вЂ” коэффициент заполнения импульсов; у Т11,— сиважность импульсов.
Отметим, что периодически повторяющиеся перепады напряжения с пронзводнымн г(и)г(1 различных знаков (положительные г(и(г11>0 и отрицательные с(и!Я<0 перепады) образуют импульсы прямоугольной формы. В частном случае, когда положительные н отрицательные перепады следуют через равные промежутки времени, напряжение прямоугольной формы называют лгеандролг. ' Перепадами напряжения нлн тона называют быстрое изменение и(г) нлн 1(1) мынду двумя постонннымн уровнямн (рнс.
)зб). 12 В ДЭУ лотя каждому значению реальной физической ьзлниины и ставится в соответствие вполне определенный параметр чульсного сигнала, но так как информация о ее изменении мо. быть получена только при сравнении двух импульсов, полуие такой информации растягивается во времени.
Следонаьно, строго говоря, для получения полной информации о конечи и во времени физическом процессе необходимо бесконечное 1нслс> импульсов, т. е. временные масштабы протекания физнчегиого процесса и его отображения при помощи импульсов не со«пвдают. Поэтому в ДЭУ используешься только часть информации о реальной физической величине, т.
е. процесс представления информации сопряжен с частичной ее потерей. К достоинствам ДЭУ следует отнести следующее. !. В дискретных устройствах импульсная Р, и средняя Р,„мощности связаны соотношением Р„= 7Р«р. Как видно, при большон скважности (у со) можно получить существенное превышение мощности в импульсе иад средним ее значением. Это (по сравнению с аналоговыми устройствами) способствует улучшению массогабаритных показателей отдельных ллементов ДЭУ.
2. В ДЭУ усилительные приборы (транзисторы) используют в ° пецнфическом режиме ключа (включено — выключено), при коюром мощность, рассеиваемая в них, минимальна. Это повышает коэффициент использования усилительного прибора К«с Р«л>Рктллл >де Рн=1«(лн — полезная мощность нагрузочного устройства; > «тнх = > н(л>нр МОЩНОСТЬ, РаССЕИВЙЕМая В ВЫХОДНОЙ ЦЕПИ УСИЛИ- сольного прибора; (>*, и (>нз — напряжения нагрузочного устрой ства и выходной цепи усилительного прибора. Как видно нз приведенной формулы, прн (>„>(>„з мощность нагрузки может многократно превышать мощность, рассеиваемую в самом усилительном приборе.
Это позволяет для управления большой мощностью применять в ДЭУ маломощные усилительные приборы. В транзисторных устройствах кратность превышения мощности может достигать 10 ... 20. 3. Свойства дискретных устройств в меньшей степени зависят от нестабильности параметров используемых элементов. Это объясняется как меньшим тепловыделеннем, что, снижая перегрев, сужает реальный диапазон рабочих температур, так н работой полупроводниковых приборов в режиме ключа. 4.
Помехоустойчивость ДЭУ выше чем АЭУ, так как при передаче импульсов сокращается время, в течение которого помеха может повлиять на передаваемый сигнал. !3 краа) Рис. ).4. Квавтоваиве аналогового еигиала к(г)(а) вовреиени (о) и уровию (в) 5. ДЗУ характеризуются применением однотипных злементов в каналах обработки, передачи и хранения информации. В связи с зтим облегчается их изготовление средствами интегральной технологии, обеспечивающей повышенную надежность, малогабаритность, дешевизну и т.
и. Указанные достоинства ДЭУ обусловили их широкое использование во многих областях как силовой, так н информационной злектроникн (радиолокации, телевидении, вычислительной технике), метрологии н т. и, В свою очередь, по типу квантования сигнала ДЭУ подразделяются иа три подкласса: импульсные, релейные и цифровые. Импульсные электронные устройства (11ЭУ) реализуют квантование исходного сигнала х(1) (рис. 1А,а) по времени и преобразуют его в последовательность нмяульсов, как правило, неизменной частоты (рис. 1,4,6).
В ИЗУ хотя и нарушается непрерывность представления сигналов (ииформацня) во времени, сами значения для выбранных моментов времени точно соответствуют значениям х((), т. е. непрерывность сигнала по величине сохраняется. )4 лй) Процесс преобразования исходной аналоговой информации в последовательность импульсов носит название плуарльсиой модуляции. В процессе импульсной модуляции форма импульсов исходной последовательности, как правило, остается неизменной.
На практике наибольшее распространение получили; амплигудно-импульсная модуляция (АИМ); широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и фазо-импульсная модуляция (ФИМ). Прн амплитудно-импульсной модуляции зависимости х(г) (рис. 1,5го) модулируемым, т. е. изменяемым параметром импульсной носледовЪтельиостн является амплитуда (рис. 1.5,6). и„(пТ„)= м(х(лТ„)], (1 1) При ШИМ модулнруеммм параметром импульсной последовательности является их ширина (рнс.
1.5,а) г„р(д'(ау'„)). (1.2) Для характеристики ШИМ обычно пользуйотся скважностыо у или коэффициентом заполнения импульса К,. При ФИМ моделируемым параметром является расстояние между импульсамн, т. е. их фаза относительно исходной последовательности (рнс, 1,5,г). Т = и (л(а T„) 1. (1.3) !5 Рис. Ьа. Виды импульсной модуляции. о — ньманенне исходной аНалоговой велненны: 6 — последовательность вмплнтудяо.моду. ллроваввых лмнувьсое: о — последовательность шнреено модулированных импульсов; л— последовательность Еаза нодулнроввнных нмпульсое На практике часто используется комбинация описанных видов модуляции Реализуя в полной мере все достоннства днскреткых устройств, ИЭУ уступают аналоговым в точности н быстродействии.
К тому же нх практическая реализация ввиду наличия импульсного модулятора характеризуется большой сложностью. Рслейные электронные устройства (РЭУ) реализуют квантованнс отходного сигнала х(у) по уровню и преобразуют его в ступенчатую функцию, высота каждой из ступенек которой пропорциональна некоторой наперед заданной величине й (см. рнс. ).4,а).
Изменение уровня сигнала происходит в произвольные моменты времени, определяемые только заданнымн уровнями лй н величиной х(~). Поэтому аналогично с ИЭУ в моменты формнровання ступенек сягнал РЭУ точно отражает значение нсходной х(1). Следовательно, при дискретизации представления по величине в РЭУ сохраняется непрерывность отображення информации во времени. Основная область применения РЭУ связана не с преобразованием информации, а с преобразованием энергнн, т, е. с силовой электроникой По сравнению с ИЭУ онн, как правило, проще (отсутствует нмпульсный модулятор) н обладают большим быстродействием.
Цифровые электронные устройства (ЦЭУ) реалнзуют квантованне нсходного сигнала х(Г) как по времени, так н по величине. Поэтому в фикснрованные моменты времена такне снгиалы только приближенно соответствуют значениям х((). Очевидно, чем больше дискретных значений, которые может принимать сигнал, т. е. чем больше уровней дискретизации, тем точнее соответствует дискретный сигйал аналоговому.
Однако в любом случае мы имеем дело с конечным числом его значений, Таким образом, в дискретном сигнале нарушена непрерывность представлення информации как по велнчние„так н во времени. В свою очередь, конечному числу днскретных значений нсходной фнзнческой величины можно поставить в соответствие некоторое число. Процесс замены днскретных уровней сигнала последовательностью чисел носит название кодирования, а совокупность полученных чисел называется кодом сигнала.
Таким образом, процесс непосредственного преобразования и передачи сигналов можно заменить процессом преобразования н передачи кодов, поставленных в соответствие исходным сигналам. Устройства, занимающиеся формированием, преобразованием и передачей кодов, поставленных в соответствие реальным значениям физических переменных, называют цифровыма устройствами. Передача кодов, каждый нз которых, как правило, представляется некоторой последовательностью однотипных нмпульсов, требует З6 некоторого времени. Очевидно, что это время больше времени, необходимого для передачи той же информации в импульсной и ~ем более непрерывной системах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
