Файл: Ицхоки Я.С. Импульсные и цифровые устройства [учебник].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 257
Скачиваний: 3
ИМПУЛЬСНЫЕ
яН.. Ис. ОВЧИННИКОВицхоки И ЦИФРОВЫЕ
УСТРОЙСТВА
Под редакцией проф, Я. С Ицхоки
М О С К В А « С О В Е Т С К О Е Р А Д И О » |
1 9 7 ? |
6 Ф2 И96
У Д К 621.374'(031)
И ц X о к |
н |
Я . С . , О в ч и н н и к о в |
И. И. Импульсные и цифровые у с т р о й |
с т в а . М . |
, |
«Советское радио»», 1972, |
592 с |
Книга может служить учебником по курсу «Импульсшые и цифровые устройства». В книге излагаются линейные и нелиніейные устройства преобразования и формирования импульсных сипиалов, электронные ключи, разнообразные импульсные устройства реге неративного типа, устройства формирования пилообразного на пряжения и тока, логические схемы, основные элементы цифровых устройств и многокаскадные устройства функционального [назна чения. При изложении уделяется внимание обеспечению надеж ного и стабильного режима работы устройств при действии неиз бежных в условияхэксплуатации дестабилизирующих факторов и помеховых импульсов.
13 табл., 467 рис., библ. 215 назв.
г о с . п^бл';ч:'ая |
Т |
ИАУЧІ.О-ТЕХ ' іЧЕСКАЯ |
|
БИБЛИОТЕКА С'ССР |
|
3312-086 046(01)-73 БЗ 40-73
© Издательство «Советское радио», 1973
ПРЕДИСЛОВИЕ
Книга может служить учебником по курсу «Им пульсные и цифровые устройства» для ряда радиотехни ческих вузов. В соответствии с программой курса в книге излагаются линейные и нелинейные устройства преобразо вания и формирования импульсных сигналов, электронные ключи, релаксаторы, импульсные делители частоты, триг геры, устройства формирования пилообразного напряжения и тока, устройства для выполнения логических операций и некоторые многокаскадные устройства функционального назначения. Рассматриваются импульсные устройства, по строенные на электронных лампах и, в особенности, на полу проводниковых приборах: транзисторах (в основном), диодахдуннельных диодах и лавинных транзисторах. Наряду с изложением принципа работы устройств и анализом про текающих в них процессов выводятся основные закономер ности процессов и расчетные соотношения. При этом осо бое внимание уделяется выявлению условий устойчивой и надежной работы устройств и выбору надлежащих режи мов их работы с учетом действия неизбежных при эксплуата ции устройств.дестабилизирующих факторов и помеховых импульсов. ^
Каждая глава книги имеет свою порядковую нумерацию формул, рисунков и таблиц. При ссылке на формулу, ри сунок и таблицу другой главы первая цифра указывает но мер главы. В целях использования учебника при програм мированном обучении каждый параграф подразделяется на пункты, пронумерованные по порядку.
Главы 1—15 написаны Ицхоки Я - С., главы 16—24 напи саны Овчинниковым Н. И.; общее редактирование книги выполнено Ицхоки Я. С.
Рукопись книги была внимательно просмотрена и об суждена коллективами специалистов некоторых вузов; при этом был дан ряд полезных советов и рекомендаций. Авторы выражают признательность всем, принявшим участие в про смотре рукописи и ее обсуждении и, в особенности, офици альным рецензентам—С. Я. Шацу и Г. Д. Федотову, а так же А. А. Куликовскому, Б. X. Кривицкому, В. В. Григори- ну-Рябову, В. К. Любченко, В. Г. Позднякову, В. П. Дья конову, Я- Е. Беленькому и Б. С. Мушу.
3
Р А З Д Е Л П Е Р В Ы Й
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИМПУЛЬСНЫХ ПРОЦЕССАХ
Г Л А В А |
П Е Р В А Я |
ВВОДНЫЕ СВЕДЕНИЯ
§1.1. ИМПУЛЬСНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ И ЕГО ОСОБЕННОСТИ
1.Весьма обширная группа радиоэлектронных устройств разнообразного назначения работает в импульсном режиме. Такие устройства подвергаются воздействию электрических
сигналов |
(радиосигналов) |
не |
н е п р е р ы в н о |
(в |
течение |
||||
|
|
|
в с е г о |
времени |
работы уст |
||||
|
|
|
ройств), |
а п р е р ы в и с т о . |
|||||
|
|
|
При этом прерывистая |
струк |
|||||
|
|
|
тура |
импульсных |
сигналов |
со |
|||
|
|
|
ставляет |
принципиальную |
ос |
||||
|
|
|
нову |
полезных |
функций уст |
||||
|
|
|
ройства, |
работающего |
в |
им |
|||
|
|
|
пульсном |
режиме. |
Проиллю |
||||
elJLJlLJ\ |
|
стрируем это некоторыми при- |
|||||||
^ |
м е Р £ м и - |
|
, |
|
|
|
|||
2s г" |
21 г2 г' г° |
t |
а |
Р И С - |
а |
изображен |
|||
|
|
|
простейший |
импульсный сиг- |
|||||
|
Р и с - |
|
нал, фиксируемый на |
индика |
|||||
|
|
|
торе |
радиолокатора, |
для |
из |
|||
мерения |
дальности до обнаруживаемого объекта (самолета, |
||||||||
корабля). Дальность пропорциональна интервалу времени Т между моментами излучения радиолокатором зондирующего радиоимпульса (чему соответствует импульс /) и приема от раженного от объекта радиоимпульса (чему соответствует импульс 2). Следовательно, информация о дальности содер жится не только в импульсах / и 2, но и в паузе между им пульсами, которые в своей совокупности образуют импульс ный сигнал.
На рис. 1, б изображен кодированный импульсный сигнал
в виде серии из трех импульсов. Серия импульсов строится 4
по некоторому условному коду, определяемому, в частности, той или иной расстановкой импульсов в серии; варьируемые интервалы Тг и Т.г выражают то или иное сообщение, заклю ченное в кодированном сигнале. Такого вида сигналы при меняются в радиотелеуправлении для передачи команд уп равления, в устройствах опознавания принадлежности са молетов и кораблей и для других целей.
Показанный на рис. |
1, в позиционно-импульсный |
сигнал |
|
применяется |
в цифровых |
вычислительных машинах |
(ЦВМ) |
и цифровых |
автоматах. |
Такой сигнал выражает |
в двоич- |
ОгиВающая
т п г т г Т Г
а)
б)
Рис. 2.
II1)ТпТіГ11
пп іг п
ной системе счисления то или иное число N. |
Так, на рис. 1, в |
|||
число N = 1 • 25 + 0 • 2'1 + |
1 • 23 + |
1 |
• 22 + 0 • |
21 + |
+ 1-2° = 32 + 0 + 8 + 4 + 0 + 1 = 4 5 . |
|
|||
2. Импульсные сигналы имеют иногда более сложную |
||||
структуру. Так, в импульсной |
радиосвязи |
применяются |
сиг |
|
налы (рис. 2, а) в виде последовательности импульсов, по вторяющихся через интервалы ТП (в данном случае одина ковые), называемые периодом повторения импульсов; при этом высота (амплитуда) импульсов меняется по закону передаваемого сообщения (амплитудно-импульсная модуля ция). Иногда передаваемое сообщение запечатлено (рис. 2, б)
в длительности |
ta (в |
«ширине») импульсов (широтно-им- |
|
пульсная модуляция). |
Модулируемым параметром может |
||
быть период Та, |
определяющий частоту повторения импуль |
||
сов (частотно-импульсная |
модуляция). |
||
3. В радиотрактах импульсных устройств функциони руют радиоимпульсы. После детектирования радиоимпульсы преобразуются в видеоимпульсы, заключающие в себе пере даваемое сообщение, которое выявляется после надлежащей (иногда довольно сложной) обработки видеоимпульсов в оконечных каскадах радиоустройств. В данном курсе рас-
5
сматриваются только видеоимпульсы, называемые в даль нейшем просто импульсами.
4. С понятием импульс интуитивно связывается пред ставление о малой его длительности. Но кратковременность импульса — не только абсолютная, но и относительная ха рактеристика длительности импульсов. Длительность при меняемых импульсов весьма различна. В автоматике опери
руют иногда с импульсами длительностью |
порядка |
1 с, |
в импульсной радиосвязи — с импульсами |
микросекундного |
|
диапазона, в физике быстрых частиц — с импульсами |
нано- |
|
секундного диапазона(1 не = Ю - 9 с = Ю - 3 мкс). Даже вод ной и той же области техники применяются импульсы резко различной длительности. Так, в радиолокации могут при меняться импульсы длительностью более 1 с (при измере нии дальности до планет) и наносекундного диапазона (в радиолокаторах светового излучения).
В импульсной технике проявляется тенденция к укоро чению импульсов, обусловленная стремлением повысить быстродействие устройств (например, ЦВМ) или разрешаю щую способность устройств (например, радиолокаторов). В этом смысле нас может интересовать абсолютная величина длительности импульсов.
5. Говоря о малой длительности /„ импульсов, имеют в виду, что для многих применений характерно выполнение неравенства ta < Тп. Это неравенство обусловливает высо кую скважность следования импульсов, выражаемую соот ношением
|
• |
^ = Qc- |
' |
|
(1.1) |
В цифровой автоматике обычно Qc < |
10; в радиосвязи Q0 |
^ |
|||
^ 10 |
100; в радиолокации часто Qc |
1000. |
|
||
Если последовательность импульсов характеризуется переменными величинами ТП или 4 (рис. 2, б), то вводят понятие о средних значениях (за единицу времени или интер вал наблюдения) указанных величин.
6. При воздействии импульсов тока или напряжения на цепь, способную запасать энергию (в электрических полях емкостей или магнитных полях индуктивностей), в ней воз никают переходные процессы. Переходные процессы играют важную роль в импульсной технике, причем иногда они ор ганически связаны с полезными функциями импульсных 6
устройств, но часто носят паразитный характер и оказывают вредное влияние на работу устройств. Оно обусловлено дей ствием паразитных емкостей (иногда индуктивностей), при сущих рабочим цепям. Поэтому стремятся уменьшить вели чины паразитных параметров и часто длительность импуль сов настолько велика, что переходный процесс, вызванный воздействием импульса на цепь, затухает значительно рань ше окончания действия импульса. Но все же практическая длительность этого переходного процесса соизмерима с дли тельностью импульса. При прекращении действия им пульса возникает новый переходный процесс, который обыч
но полностью затухает |
до |
|
|
|||
начала действия следую а ) |
п |
п |
||||
щего |
импульса. |
При |
та |
|
|
|
ком |
положении |
можно пе |
|
|
||
реходные процессы |
в |
цепи |
|
|
||
рассматривать |
как |
вызы |
|
|
||
ваемые каждым |
импульсом |
|
|
|||
последовательности |
в |
от- |
|
|
||
•дельности.
7.В приведенных выше примерах (рис. 1 и 2) в ин тервале времени между им
пульсами, |
например, |
тока |
|
||||
его |
величина |
была |
равна |
Рис. 3. |
|||
нулю; |
но |
процесс |
не |
пе |
|||
рестает |
быть |
импульсным, |
|
||||
если |
в |
интервале |
времени между |
импульсами величи |
|||
на тока постоянна (рис. 3, а) или сравнительно медленно
изменяется |
(рис. |
3,6). |
Нередко приходится |
оперировать |
|||
с процессами, представляющими собой колебания |
сложной |
||||||
формы. |
К |
ним, в |
частности, |
относятся пилообразные коле |
|||
бания |
(рис. 3, в), |
применяемые, например, в |
устройствах |
||||
временной |
развертки |
.луча |
электроннолучевых |
трубок. |
|||
Колебания |
сложной формы носят разрывный |
характер; им |
|||||
свойственны две связанные между собой особенности: вопервых, они содержат характерные точки (точнее, участки малой временной протяженности < Ти), в которых про изводная по времени претерпевает резкие изменения (раз« рывы); во-вторых, такие колебания характеризуются весь ма широким спектром, активная ширина которого (А/)с > ^> 1/7V Эти свойства сближают колебания сложной формы с типичными импульсными процессами, которые можно рассматривать как колебания сложной формы.
7