Материал: Физические основы и схемотехника электронных устройств автоматики. Гиоргадзе А.L., Кириллов Ю.В
2.1.1. Аналоговые сигналы и их параметры
Аналоговым называется периодический или непериодический электрический сигнал, основные параметры которого (напряжение и ток) непрерывно изменяются во времени. Причем, между минимальным и максимальным значениями параметры аналогового сигнала могут принимать любые значения (рис. 2.1).
Рис. 2.1
Большим недостатком аналоговых сигналов является трудность их восстановления (регенерирования) и слабая помехозащищенность.
Простейшей формой периодического аналогового сигнала является синусоида: гармоническое колебание, при котором напряжение и ток изменяются во времени по синусоидальной закономерности и описываются выражением, например для напряжения
(рис 2.2):
U(t)=Umsin(ωt+υ)
Рис. 2.2
Введем понятия основных параметров периодического аналогового сигнала на примере синусоиды, представленной на рис.
2.2.
108
Амплитуда – наибольшее отклонение напряжения Um (тока Im) от нулевого значения. Амплитуда Um(Im) выражается в B, кВ, мB, мкB(A, мA, мкА).
Период – наименьший промежуток времени Т, в течение которого напряжение (ток) приобретает все промежуточные значения и возвращается к произвольно выбранному исходному значению, т. е. совершает полное колебание. Период выражается в единицах времени: с, мс; мкс.
Частота – величина обратная периоду сигнала f=l/T, определяющая количество полных колебаний значений напряжения (тока) в течение 1с и выражаемая в герцах (Гц), килогерцах (кГц) и т.д. Причем ω=2πf называют угловой скоростью вращения (круговой или циклической частотой) и измеряют в рад/с.
Фаза – величина Φ=ωt+υ, определяющая состояние периодического процесса в каждый момент времени, где υ это начальная фаза колебания в момент времени t=0. При этом фазовый сдвиг показывает отставание во времени одного периодического процесса от другого и выражается в радианах или градусах.
В электротехнике, если нет специальной оговорки, пользуются действующими значениями напряжения или тока. Действующие значения соответствуют значениям постоянного тока, развивающего ту же мощность. Амплитудное значение напряжения Um
или тока Im в 
2 раз больше действующего.
Синусоидальная форма представления электрического сигнала является наилучшей, т.к. сигналы любого вида (периодические несинусоидальные, непериодические, импульсные и т.д.) можно представить как сумму простейших синусоидальных сигналов с различными параметрами. Например, прямоугольное колебание можно представить суммой синусоидальных колебаний с амплиту-
дами An=A1/n, где п=1, 3, 5,...(рис 2.3).
109
Рис. 2.3
2.1.2. Импульсные сигналы и их параметры
Периодические и непериодические дискретные, или прерывистые во времени, сигналы делятся на импульсные и цифровые.
Электрический импульс представляет собой процесс резкого отклонения напряжения или тока от некоторого постоянного уровня (в частности, от нулевого), наблюдаемый в течение времени, меньшего или сравнимого с длительностью переходных процессов в схеме.
Существует два вида импульсов: видеоимпульсы и радиоимпульсы. Видеоимпульсы получают при коммутации цепи постоянного тока. Наиболее часто используют видеоимпульсы прямоугольной (рис. 2.4а), трапецеидальной (рис 2.4б), экспоненциальной (остроконечной) (рис. 2.4г) и треугольной (рис. 2.4д) форм. Различают видеоимпульсы положительной (рис. 2.4а, б, г, д) и отрицательной (рис. 2.4в) полярности, а так же двусторонние – разно полярные – импульсы (рис. 2.4е). При этом реальные импульсы не имеют формы, строго соответствующей названию.
Радиоимпульсы (рис. 2.5) представляют собой кратковременные посылки синусоидального напряжения или тока. Они снимаются с выхода высокочастотного генератора, который управля-
110
ется (модулируется) видеоимпульсами. Поэтому форма огибающей радиоимпульсов соответствует форме модулирующих видеоимпульсов. Радиоимпульсы на рис. 2.5 – результат модуляции амплитуды высокочастотного колебания прямоугольными видеоимпульсами.
Рис. 2.4
Рис. 2.5
Единичное импульсное колебание, параметры которого изменяются в соответствии с передаваемой информацией, можно отнести к аналоговым сигналам, так как в диапазоне своих изменений такой сигнал может принимать любые значения. Устройства, в которых действуют электрические импульсы, называют импульсными.
111
Импульсный сигнал называют дискретным, если он составляется импульсами, действующими в отдельные (дискретные) моменты времени.
Введем понятие об основных параметрах импульсов на примере реального прямоугольного импульса (рис. 2.6).
U
Рис. 2.6
Длительность. За активную длительность импульсов tиа. принимают промежуток времени, измеренный на уровне, соответствующем половине амплитуды. Иногда длительность импульсов определяют на уровне 0,lUm (0.1Im) или по основанию импульса. В дальнейшем, если это не оговорено, длительность импульса будет определяться по основанию и обозначаться tи (см. рис. 2.4а).
Длительность импульса выражается в единицах времени: секундах (с), миллисекундах (мс), микросекундах (мкс) и наносекундах (нс).
Амплитуда. Наибольшее значение напряжения или тока импульса данной формы является его амплитудой. Амплитуда импульса Um (Im) выражается в вольтах (В), киловольтах (кВ), милливольтах (мВ), микровольтах (мкВ) или амперах (А), миллиамперах (мА), микроамперах (мкА).
Длительность и крутизна фронта импульса. Импульс имеет передний фронт и срез, последний также называют задним фронтом.
Длительность переднего фронта импульса определяется временем нарастания импульса, а длительность среза – временем спада импульса.
Наиболее часто пользуются понятием активной длительности фронта tф, за которую принимают время нарастания импульса
112