Электрический импульс — Википедия

Электрический импульс — кратковременный всплеск электрического напряжения или силы тока в определённом, конечном временном промежутке. Различают видеоимпульсы — единичные колебания какой-либо формы и радиоимпульсы — всплески высокочастотных колебаний. Видеоимпульсы бывают однополярные (отклонение только в одну сторону от нулевого потенциала) и двухполярные.

Форма импульсов[править | править код]

Важной характеристикой импульсов является их форма, визуально наблюдать которую, можно, например, на экране осциллографа. В общем случае форма импульсов имеет следующие составляющие: фронт — начальный подъём, относительно плоская вершина (не для всех форм) и срез (спад) — конечный спад напряжения. Существует несколько типов импульсов стандартных форм, имеющих относительно простое математическое описание, такие импульсы широко применяются в технике

• Прямоугольные импульсы — наиболее распространённый тип
• Пилообразные импульсы
• Треугольные импульсы
• Трапецеидальные импульсы
• Экспоненциальные импульсы
• Колокольные (колоколообразные) импульсы
• Импульсы, представляющие собой полуволны или другие фрагменты синусоиды (обрезка по горизонтали или по вертикали)

Кроме импульсов стандартной, простой формы иногда, в особых случаях, используются импульсы специальной формы, описываемой сложной функцией, существуют также сложные импульсы, форма которых имеет в значительной степени случайный характер, например, импульсы видеосигнала.

Параметры импульсов[править | править код]

В общем случае импульсы характеризуются двумя основными параметрами — амплитудой (размахом — разностью напряжений между пьедесталом и вершиной импульса) и длительностью (обозначается τ или t_и)

. Длительность пилообразных и треугольных импульсов определяется по основанию (от начала изменения напряжения до конца), для остальных типов импульсов длительность принято брать на уровне напряжения 50 % от амплитуды, для колоколообразных импульсов иногда используется уровень 10 %, длительность искусственно синтезированных колоколообразных импульсов (с чётко выраженным основанием) и полуволн синусоиды часто измеряется по основанию.

Выброс на вершине прямоугольного импульса

Для разных типов импульсов также вводят дополнительные параметры, уточняющие форму или характеризующие степень её неидеальности — отклонения от идеальной. Например, для описания неидеальности прямоугольных импульсов используются такие параметры, как, длительности фронта и среза (спада) (для идеального прямоугольного импульса они равны нулю), неравномерность вершины, а также размер выбросов напряжения после фронта и среза, возникающих в результате переходных паразитных процессов.

Спектральное представление импульсов[править | править код]

Кроме временного представления импульсов, наблюдаемого по осциллографу, существует спектральное представление, выраженное в виде двух функций — амплитудного и фазового спектра.

Спектр одиночного импульса является непрерывным и бесконечным. Амплитудный спектр прямоугольного импульса имеет чётко выраженные минимумы по шкале частот, следующие с интервалом, обратным длительности импульса.

Импульсные посылки (серии импульсов)[править | править код]

Иногда импульсы используются или возникают не поодиночке, а группами, которые называются сериями импульсов или импульсными посылками, в том случае, когда они формируются преднамеренно для передачи куда-либо. Импульсная посылка может нести какую-либо информацию единичного характера или служить в качестве идентификатора. Информационные посылки прямоугольных импульсов, в которых значимыми величинами являются количество импульсов, их временное расположение или длительности импульсов называются кодово-импульсными посылками или, в некоторых областях техники, кадрами, фреймами. Кодирование информации в посылках может быть осуществлено разными способами: двоичный цифровой код, время-импульсный код, код Морзе, набор заданного количества импульсов (как в телефонном аппарате). Во многих случаях импульсные посылки используются не поодиночке, а в виде непрерывных последовательностей посылок.

Импульсные последовательности[править | править код]

Импульсной последовательностью называется достаточно продолжительная последовательность импульсов, служащая для передачи непрерывно меняющейся информации, для синхронизации или для других целей, а также генерируемых непреднамеренно, например, в процессе искрообразования в коллекторно-щёточных узлах. Последовательности подразделяются на периодические и непериодические. Периодические последовательности представляют собой ряд одинаковых импульсов, повторяющихся через строго одинаковые интервалы времени. Длительность интервала называется периодом повторения (обозначается

T), величина, обратная периоду — частотой повторения импульсов (обозначается F). Для последовательностей прямоугольных импульсов дополнительно применяются ещё две однозначно взаимосвязанных друг с другом параметра: скважность (обозначается Q) — отношение периода к длительности импульса и коэффициент заполнения — обратная скважности величина; иногда коэффициент заполнения используют и для характеристики квазипериодической и случайной последовательностей, в этом случае он равен среднему отношению суммы длительностей импульсов за достаточно большой промежуток времени к длительности этого промежутка. Спектр периодической последовательности является дискретным и бесконечным для конечной последовательности, конечным для бесконечной. Среди непериодических последовательностей с, технической точки зрения, наибольший интерес представляют квазипериодические и случайные последовательности (на практике используются псевдослучайные). Квазипериодические последовательности представляют собой последовательности импульсов, период которых или другие характеристики варьируются вокруг средних значений. В отличие от спектра периодической последовательности, спектр квазипериодической последовательности является, строго говоря, не дискретным, а гребенчатым, с незначительным заполнением между гребнями, однако, на практике этим иногда можно пренебречь, так, например, в телевизионной технике для создания полного видеосигнала к сигналу чёрно-белого изображения добавляют сигнал цветности таким образом, что гребни его спектра оказываются между гребнями чёрно-белого видеосигнала.

По характеру информации импульсные сигналы могут использоваться однократно (разовое сообщение о событии) или для непрерывной передачи информации. Последовательности импульсов могут передавать дискретизированную по времени аналоговую информацию или цифровую, возможны также случаи, когда в единый, в физическом смысле, сигнал вложено два вида информации, например, телевизионный сигнал с телетекстом.

Для представления информации используются различные характеристики как собственно импульсов, так и их совокупностей, как по отдельности, так и в сочетаниях

• Форма импульсов
• Длительность импульсов
• Амплитуда импульсов
• Частота следования импульсов
• Фазовые соотношения в последовательности импульсов
• Временные интервалы между импульсами в посылке
• Позиционное комбинирование импульсов в посылке

Таким образом, можно выделить несколько обобщённых типов импульсных сигналов, несущих непрерывную информацию

• Цифровой сигнал, информация в котором, как правило (но не обязательно), содержится в виде кодовых посылок
• Аналоговый дискретизированный сигнал в виде квазипериодической последовательности
• Аналоговый дискретизированный сигнал в виде импульсных посылок с аналоговым кодированием информации
• Отдельно от предыдущих типов надо выделить видеосигнал (и соответствующий ему модулированный радиосигнал), в котором, в отличие от других сигналов, непрерывная информация содержится внутри самого импульса, благодаря его сложной форме

Некоторые примеры применения импульсов[править | править код]

Одиночные импульсы[править | править код]

• Разовые команды для управления каким-либо устройством (обычно прямоугольные)
• Разовые сигналы, генерируемые устройством при наступлении какого-либо события

Периодические последовательности[править | править код]

• Тактовые импульсы — для синхронизации событий в системе
• Стробирующие импульсы — для периодического разрешения / запрета процессов
• Пилообразные импульсы развёртки (в телевизорах, мониторах, радиолокаторах, осциллографах и т. д.)
• Телевизионный синхросигнал — составляющая аналогового видеосигнала, предназначенная для синхронизации разверток передающего и приемного устройств.
• Импульсы с образцовыми параметрами (амплитуда, длительность, частота и т. д.) на выходе калибраторов средств измерений
• Стимулирующие импульсные сигналы для проверки работоспособности аппаратуры или её узлов
• Стимулирующие сигналы, вырабатываемые медицинскими приборами

Непериодические последовательности[править | править код]

• Импульсные сигналы измерительной информации
• Псевдослучайные (хаотические) импульсные последовательности для тестирования аппаратуры или каналов связи

Одиночные посылки (серии)[править | править код]

• Набор номера в импульсном телефонном аппарате
• Коды идентификации, аутентификации для электронных замков и т. д.
• Разовая информация в системах сигнализации

Последовательности посылок[править | править код]

• Сигнал, представленный в цифровой форме в виде групп прямоугольных импульсов
• Группы импульсов, непрерывно излучаемых импульсными радиомаяками
• Посылки с время-импульсным кодированием в диалогах запросчик-ответчик в системах активной радиолокации и дальномерных каналах радионавигации

Видеоимпульсы[править | править код]

Примеры возникновения электрических импульсов в природе[править | править код]

• Импульсы от разрядов атмосферного электричества
• Нервные импульсы в живом организме
• Импульсы от разрядов электрических рыб

ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ — это… Что такое ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ?



ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ

ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ

И́МПУЛЬСНЫЙ СИ́ГНАЛ, кратковременное изменение какой-либо физической величины (электромагнитного поля, механического смещения и т. д.). С распространением импульсных сигналов обычно связан перенос энергии, а значит, передача информации. Различают акустические, электромагнитные, электрические и др. импульсные сигналы. Одиночные импульсы характеризуются в основном амплитудой, длительностью, скоростью перемещения в среде. В радиотехнике такие сигналы называются видеоимпульсами. Важным параметром последовательности импульсных сигналов являются также период (или частота) и скважность (отношение периода повторяемости к длительности импульса). Импульсные сигналы широко используются в различных областях техники.

Энциклопедический словарь. 2009.

• ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА
• ИМПХАЛ

Смотреть что такое «ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ» в других словарях:

• ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ — (импульс), 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 перенос энергии и, следовательно, передача определ. информации.… …   Физическая энциклопедия

• импульсный сигнал — импульс Детерминированный сигнал конечной энергии, существенно отличный от нуля в течение ограниченного интервала времени, соизмеримого с временем установления переходного процесса в системе, для воздействия на которую этот сигнал предназначен.… …   Справочник технического переводчика

• Импульсный сигнал — 5. Импульсный сигнал Импульс Детерминированный сигнал конечной энергии, существенно отличный от нуля в течение ограниченного интервала времени, соизмеримого с временем установления переходного процесса в системе, для воздействия на которую этот… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• импульсный сигнал — impulsinis signalas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. impulse signal; pulse signal vok. Impulssignal, n rus. импульсный сигнал, m pranc. signal impulsionnel, m …   Automatikos terminų žodynas

• импульсный сигнал — impulsinis signalas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. impulse signal; pulse signal; pulsed signal vok. Impulssignal, n rus. импульсный сигнал, m pranc. signal impulsionnel, m …   Fizikos terminų žodynas

• Импульсный сигнал — 1. Детерминированный сигнал конечной энергии, существенно отличный от нуля в течение ограниченного интервала времени, соизмеримого с временем установления переходного процесса в системе, для воздействия на которую этот сигнал предназначен… …   Телекоммуникационный словарь

• импульсный сигнал от звуколокационного устройства — akustinio lokatoriaus impulsas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. sonar ping vok. Sonarimpuls, m rus. импульсный сигнал от звуколокационного устройства, m pranc. impulsion de sonar, f …   Automatikos terminų žodynas

• сигнал набора номера — импульсный сигнал — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы импульсный сигнал EN pulsing signal …   Справочник технического переводчика

• Импульсный набор — Телефон с дисковым номеронабирателем, 1972 год …   Википедия

• ИМПУЛЬСНЫЙ РАДИОЛИЗ — метод исследования быстрых хим. р ций и их короткоживущих продуктов (время жизни от 10 1 до 10 12 с) при воздействии на в во коротким импульсом ионизирующего излучения. Чаще всего используют импульсы электронов высоких энергий (от 0,5 до 30 40… …   Химическая энциклопедия

Общая характеристика импульсного сигнала

радиоликбез

Общая характеристика импульсного сигнала

Виды импульсных сигналов. Под импульсной техникой понимают область радиоэлектроники, изучающую формирование импульсных сигналов и их прохождение через электрические цепи. Импульсный сигнал может состоять из одного или серии импульсов. Под импульсом понимают быстрое появление и исчезновение тока или напряжения, т. е. кратковременное действие тока или напряжения на электрическую цепь или устройство. В импульсной технике различают два вида импульсных сигналов — видеоимпульсы (рис. 149, а), представляющие собой кратковременные односторонние (относительно оси времени) изменения напряжения или тока в цепи постоянного тока, и радиоимпульсы (рис. 149,б)—сигнал, состоящий из высокочастотных колебаний напряжения или тока, огибающая которых повторяет форму видеоимпульса. В импульсной технике в основном рассматривают видеоимпульсы.

 

Форма импульсов. Импульсы могут иметь прямоугольную, трапецеидальную, колоколообразную, треугольную и экспоненциальную

Рис. 149. Одиночные импульсы: а — видеоимпульс, б — радиоимпульс

форму (рис. 150). В импульсе различной формы различают фронт, вершину и спад. Импульсы могут быть положительной или отрицательной полярности. Импульсы положительной полярности на графиках изображают выше горизонтальной оси времени, а отрицательной — ниже оси.

Параметры импульсов. Каждый импульс характеризуется амплитудой А (см. рис. 149, а), длительностью импульса t_и, длительностями фронта t_ф, спада t_с, снижением вершины ΔА, а также мощностью в импульсе Р_и.

Амплитуда однополярного импульса характеризуется величиной (размахом) напряжения или тока от нуля до максимального значения импульса данной формы. В двустороннем импульсе величина от вершины положительного до вершины отрицательного импульса называется полным размахом импульса (полной амплитудой A_п).

Длительность импульса t_п — интервал времени, в течение которого ток или напряжение действует на электрическую цепь. В реальных схемах искажается форма импульсов, поэтому длительность определяют на уровне 0,1A и реже по основанию импульса. Активную  длительность импульса t_и.a измеряют на уровне 0,5 А.

Рис. 150. Формы импульсов: а — прямоугольная, б — трапецеидальная, в — колоколообразная, е — треугольная, д —экспоненциальная

Длительность фронта t_ф и спада t_c оценивается интервалом времени, в течение которого амплитуда импульса нарастает от 0,1 до 0,9 своего максимального значения и падает от 0,9A до 0,1А. В большинстве случаев желательно иметь минимальные t_ф и t_o.

Снижение вершины ΔА практически не должно превышать (0,01—0,05) А.

Мощность в импульсе характеризуется отношением энергии W, выделенной в цепи при прохождении импульса, к его длительности t_и:

Далее

Импульсный сигнал — это… Что такое Импульсный сигнал?



Импульсный сигнал

5. Импульсный сигнал

Импульс

Детерминированный сигнал конечной энергии, существенно отличный от нуля в течение ограниченного интервала времени, соизмеримого с временем установления переходного процесса в системе, для воздействия на которую этот сигнал предназначен.

Примечания:

1. Сигнал, представляющий собой последовательность конечного известного числа импульсов одинаковой формы, следующих друг за другом через одинаковые интервалы времени, называется пачкой импульсов.

2. Сигнал, состоящий из импульсов, число, форма и значения параметров которых известны, называется кодовой группой импульсов

где n < ¥ — целое число;

a_i — высота i-го импульса;

Т_с — интервал следования

где n < ¥ — целое число

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

• Импульсный реактор
• Импульсный сигнальный трансформатор

Смотреть что такое «Импульсный сигнал» в других словарях:

• ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ — (импульс), 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 перенос энергии и, следовательно, передача определ. информации.… …   Физическая энциклопедия

• импульсный сигнал — импульс Детерминированный сигнал конечной энергии, существенно отличный от нуля в течение ограниченного интервала времени, соизмеримого с временем установления переходного процесса в системе, для воздействия на которую этот сигнал предназначен.… …   Справочник технического переводчика

• ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ — ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ, кратковременное изменение какой либо физической величины (электромагнитного поля, механического смещения и т. д.). С распространением импульсных сигналов обычно связан перенос энергии, а значит, передача информации. Различают… …   Энциклопедический словарь

• импульсный сигнал — impulsinis signalas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. impulse signal; pulse signal vok. Impulssignal, n rus. импульсный сигнал, m pranc. signal impulsionnel, m …   Automatikos terminų žodynas

• импульсный сигнал — impulsinis signalas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. impulse signal; pulse signal; pulsed signal vok. Impulssignal, n rus. импульсный сигнал, m pranc. signal impulsionnel, m …   Fizikos terminų žodynas

• Импульсный сигнал — 1. Детерминированный сигнал конечной энергии, существенно отличный от нуля в течение ограниченного интервала времени, соизмеримого с временем установления переходного процесса в системе, для воздействия на которую этот сигнал предназначен… …   Телекоммуникационный словарь

• импульсный сигнал от звуколокационного устройства — akustinio lokatoriaus impulsas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. sonar ping vok. Sonarimpuls, m rus. импульсный сигнал от звуколокационного устройства, m pranc. impulsion de sonar, f …   Automatikos terminų žodynas

• сигнал набора номера — импульсный сигнал — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы импульсный сигнал EN pulsing signal …   Справочник технического переводчика

• Импульсный набор — Телефон с дисковым номеронабирателем, 1972 год …   Википедия

• ИМПУЛЬСНЫЙ РАДИОЛИЗ — метод исследования быстрых хим. р ций и их короткоживущих продуктов (время жизни от 10 1 до 10 12 с) при воздействии на в во коротким импульсом ионизирующего излучения. Чаще всего используют импульсы электронов высоких энергий (от 0,5 до 30 40… …   Химическая энциклопедия

Импульсно-кодовая модуляция — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Пример 4-битной (16-уровневой) ИКМ. Показано квантование аналогового сигнала и пачки импульсов, кодирующих отсчёты. Передача в канале производится старшими битами вперёд

И́мпульсно-ко́довая модуля́ция (ИКМ, англ. pulse code modulation, PCM) используется для оцифровки аналоговых сигналов. Практически все виды аналоговых данных (видео, аудио (голос, музыка), телеметрия) допускают применение ИКМ.

При импульсно-кодовой модуляции аналоговый передаваемый сигнал преобразуется в цифровую форму посредством трёх операций: дискретизации по времени, квантования по амплитуде и кодирования^[1].

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой используется аналого-цифровой преобразователь (АЦП). АЦП через равные промежутки времени измеряет амплитуду аналогового сигнала — получает мгновенные значения или отсчёты сигнала, затем преобразует отсчёты в двоичные слова^[2].

Мгновенное измеренное значение (отcчёт) аналогового сигнала квантуется по уровням (округляется от ближайшего целого). Число уровней квантования, обычно, равно или кратно целой степени числа 2, например, 2³ = 8, 2⁴ = 16, 2⁵ = 32 и т. д. Номер уровня кодируется двоичными словами длиной 3, 4, 5 и т. д. бит^[2].

Затем выходные слова АЦП в параллельном коде подвергаются кодированию при помощи передачи на регистр сдвига, тактируемый вспомогательным . На выходе регистра сдвига формируются пачки^{[прояснить]} кодированных импульсов в последовательном коде. Затем пачки импульсов передаются в канал связи^[2].

Частота отсчётов сигнала (или скорость оцифровки, частота дискретизации) для исключения потерь информации в соответствии с теоремой Котельникова должна быть не меньше удвоенной максимальной частоты в спектре аналогового сигнала.

Существуют специализированные интегральные микросхемы, предназначенные для ИКМ, совмещающие АЦП, регистр сдвига, тактовые генераторы и другие устройства.

На приёмном конце канала связи установлен демодулятор. В демодуляторе пачки импульсов подаются на последовательный вход^{[прояснить]} регистра сдвига. После вдвигания всех битов пачки импульсов в регистр сдвига слово из регистра сдвига в параллельном коде записывается во входной регистр цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). ЦАП преобразует кодированные отсчёты переданного аналогового сигнала снова в аналоговый вид. На выходе ЦАП образуется ступенчатый аналоговый сигнал. Сглаживание ступенек производится фильтром нижних частот (ФНЧ), на выходе которого образуется переданный аналоговый сигнал. Частота среза ФНЧ выбирается меньшей или равной удвоенной частоте отсчётов.

Для кодирования отсчётов в ИКМ применяются самые разнообразные двоичные коды, например:

• Дифференциальная (или дельта) импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ, DPCM) — ИКМ, при которой сигнал кодируется в виде разности между текущим и предыдущим измеренными значениями. Для звуковых данных такой тип модуляции уменьшает требуемое количество бит на отсчёт примерно на 25 %.
  • Адаптивная ДИКМ (АДИКМ, ADPCM) — разновидность ДИКМ с переменным шагом квантования. Изменение шага позволяет уменьшить требования к полосе пропускания при заданном соотношении сигнала и шума.
• LPCM (Linear pulse code modulation, линейная импульсно-кодовая модуляция)

• Панфилов И.П., Дырда В.Е. Теория электрической связи. — М.: Радио и связь, 1991. — 344 с. — ISBN 5-256-00869-2.

Широтно-импульсная модуляция — Википедия

График, иллюстрирующий применение трёхуровневой ШИМ для управления электродвигателем, которая используется в приводах асинхронных электродвигателей с переменной частотой. Напряжение от ШИ-модулятора, подаваемое на обмотку машины изображено синим (V). Магнитный поток в статоре машины показан красным (B). Здесь магнитный поток имеет приблизительно синусоидальную форму, благодаря соответствующему закону ШИМ.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. pulse-width modulation (PWM)) — процесс управления мощностью методом пульсирующего включения и выключения прибора. Различают аналоговую ШИМ и цифровую ШИМ, двоичную (двухуровневую) ШИМ и троичную (трёхуровневую) ШИМ^[1].

Основной причиной применения ШИМ является стремление к повышению КПД при построении вторичных источников питания электронной аппаратуры и в других узлах, например, ШИМ используется для регулировки яркости подсветки LCD-мониторов и дисплеев в телефонах, КПК и т.п..

Тепловая мощность, выделяемая на ключе при ШИМ[править | править код]

В ШИМ в качестве ключевых элементов использует транзисторы (могут быть применены и др. полупроводниковые приборы) не в линейном, а в ключевом режиме, то есть транзистор всё время либо разомкнут (выключен), либо замкнут (находится в состоянии насыщения). В первом случае транзистор имеет почти бесконечное сопротивление, поэтому ток в цепи весьма мал, и, хотя всё напряжение питания падает на транзисторе, выделяемая на транзисторе мощность практически равна нулю. Во втором случае сопротивление транзистора крайне мало, и, следовательно, падение напряжения на нём близко к нулю — выделяемая мощность также мала. В переходных состояниях (переход ключа из проводящего состояния в непроводящее и обратно) мощность, выделяемая в ключе, значительна, но так как длительность переходных состояний крайне мала, по отношению к периоду модуляции, то средняя мощность потерь на переключение оказывается незначительной.

1. Rtr→∞↔P=U2R→0{\displaystyle R_{tr}\rightarrow \infty \leftrightarrow P={{\frac {{U}^{2}}{R}}\rightarrow 0}}

2. Rtr→0↔P=I2R→0{\displaystyle R_{tr}\rightarrow 0\leftrightarrow P={I}^{2}R\rightarrow 0}

Реализуемый в контроллерах широтно-импульсный модулятор состоит из двух блоков: линейного интегратора (И-звена) и  трехпозиционного релейного элемента. Установленными при изготовлении изделия параметрами схемы являются: постоянная времени И-звена Ти и уровень сигнала на выходе релейного элемента ±А.

Широтно-импульсный модулятор генерирует последовательность импульсов со скважностью, пропорциональной уровню сигнала на его входе. Параметр его настройки, т.е. минимальная длительность импульса, устанавливается с помощью зоны нечувствительности релейного элемента широтно-импульсного модулятора. ^[2]

Аналоговая ШИМ[править | править код]

Один из методов двухуровневой ШИМ с помощью аналогового компаратора. На один из входов компаратора подаётся пилообразное напряжение от вспомогательного генератора, на другой вход — модулирующее напряжение. Состояние выхода компаратора — ШИ-модуляция. На рис.: сверху — пилообразный сигнал и модулирующее напряжение, снизу — результат ШИМ.

ШИМ-сигнал генерируется аналоговым компаратором, на один вход (по рисунку — на инвертирующий вход компаратора) которого подаётся вспомогательный опорный пилообразный или треугольный сигнал, значительно большей частоты, чем частота модулирующего сигнала, а на другой — модулирующий непрерывный аналоговый сигнал. Частота повторения выходных импульсов ШИМ равна частоте пилообразного или треугольного напряжения. В ту часть периода пилообразного напряжения, когда сигнал на инвертирующем входе компаратора выше сигнала на неинвертирующем входе, куда подается модулирующий сигнал, на выходе получается отрицательное напряжение, в другой части периода, когда сигнал на инвертирующем входе компаратора ниже сигнала на неинвертирующем входе — будет положительное напряжение^[3].

Аналоговая ШИМ реализуется с помощью компаратора, на один вход которого подаются треугольный или пилообразный периодический сигнал со вспомогательного генератора, а на другой — модулирующий сигнал. На выходе компаратора образуются периодические прямоугольные импульсы с переменной шириной, скважность которых изменяется по закону модулирующего сигнала, а частота равна частоте треугольного или пилообразного сигнала и обычно постоянна.

Аналоговая ШИМ применяется в усилителях низкой частоты класса «D».

Цифровая ШИМ[править | править код]

В двоичной цифровой технике, выходы в которой могут принимать только одно из двух значений, приближение желаемого среднего уровня выхода при помощи ШИМ является совершенно естественным. Схема настолько же проста: пилообразный сигнал генерируется N-битным счётчиком. Цифровые устройства (ЦШИП) работают на фиксированной частоте, обычно намного превышающей реакцию управляемых установок (передискретизация). В периоды между фронтами тактовых импульсов выход ЦШИП остаётся стабильным, на нём действует либо низкий уровень, либо высокий, в зависимости от выхода цифрового компаратора, сравнивающего значение счётчика с уровнем приближаемого цифрового сигнала V(n). Выход за много тактов можно трактовать как череду импульсов с двумя возможными значениями 0 и 1, сменяющими друг друга каждый такт T. Частота появления единичных импульсов получается пропорциональной уровню приближаемого сигнала ~V(n). Единицы, следующие одна за другой, формируют контур одного, более широкого импульса. Длительности полученных импульсов переменной ширины ~V(n) кратны периоду тактирования T, а частота равна 1/(T*2^N). Низкая частота означает длительные, относительно T, периоды постоянства сигнала одного уровня, что даёт невысокую равномерность распределения импульсов.

Описанная цифровая схема генерации подпадает под определение однобитной (двухуровневой) импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). 1-битную ИКМ можно рассматривать в терминах ШИМ как серию импульсов частотой 1/T и шириной 0 либо T. Добиться усреднения за менее короткий промежуток времени позволяет имеющаяся передискретизация. Высоким качеством обладает такая разновидность однобитной ИКМ, как импульсно-плотностная модуляция (англ.)русск., которая ещё именуется импульсно-частотной модуляцией.

Восстанавливается непрерывный аналоговый сигнал арифметическим усреднением импульсов за много периодов при помощи простейшего фильтра низких частот. Хотя обычно даже этого не требуется, так как электромеханические составляющие привода обладают индуктивностью, а объект управления (ОУ) — инерцией, импульсы с выхода ШИМ сглаживаются и ОУ, при достаточной частоте ШИМ-сигнала, ведёт себя как при управлении обычным аналоговым сигналом.

В цифровой ШИМ период делится на части, которые заполняются прямоугольными подымпульсами. Средняя величина за период зависит от количества прямоугольных подымпульсов. Цифровая ШИМ — приближение бинарного сигнала (с двумя уровнями — вкл/выкл) к многоуровневому или непрерывному сигналу так, чтобы их средние значения за период времени t2−t1{\displaystyle t_{2}-t_{1}} были бы приблизительно равны.

Формально это можно записать так:

∫t1t2x(t)dtt2−t1=∑i=1nA∗ΔTit2−t1,{\displaystyle {\int _{t_{1}}^{t_{2}}{x(t)\,dt} \over {t_{2}-t_{1}}}={\sum _{i=1}^{n}{A*\Delta T_{i}} \over {t_{2}-t_{1}}},}

где x(t){\displaystyle x(t)} — входной сигнал в пределах от t₁ до t₂;

ΔTi=t2−t1n{\displaystyle \Delta T_{i}={\frac {t_{2}-t_{1}}{n}}} — продолжительность i -го ШИМ подымпульса, каждого с амплитудой A;

n выбирается таким образом, чтобы за период разность суммарных площадей (энергий) обеих величин была меньше допустимой:

∫t1t2x(t)dt−∑i=1nA∗ΔTi<E{\displaystyle \int _{t_{1}}^{t_{2}}{x(t)\,dt}-\sum _{i=1}^{n}{A*\Delta T_{i}}<E}.

Управляемыми «уровнями», как правило, являются параметры питания силовой установки, например, напряжение импульсных преобразователей /регуляторов постоянного напряжения/ или скорость электродвигателя. Для импульсных источников x(t) = U_const стабилизации.

В цифровой ШИМ прямоугольные подымпульсы, заполняющие период, могут стоять в любом месте периода, на среднюю величину за период влияет только их количество. Например, при разбиении периода на 8 частей последовательности 11110000, 11101000, 11100100, 11100010, 11100001 и др. дают одинаковую среднюю за период величину, но отдельно стоящие «1» ухудшают режим работы ключа (транзистора).

В качестве ШИМ можно использовать даже COM-порт. Так как 0 передаётся как 0 0000 0000 1 (8 бит данных + старт/стоп), а 255 как 0 1111 1111 1, то диапазон выходных напряжений — 10-90 % с шагом в 10 %.

Управление многоуровневыми синусоидальными ШИМ (СШИМ)[править | править код]

Напряжение на участке инвертора.(а) Выходное напряжение с применением СШИМ. (b) Выходное напряжение с добавлением синусоидальной третьей гармоники.

Несколько методов были разработаны для сокращения искажения в многоуровневых инверторах, на основе классического СШИМ с треугольным носителем. Некоторые методы используют расположение источника, другие используют сдвиг фазы из нескольких несущих сигналов . Рисунок справа показывает типичное напряжение, сгенерированное одной секцией инвертора путем сравнения синусоидального сигнала с треугольным несущим сигналом.

Множество N_c-каскадов в одной фазе с их источниками, смещенными на угол θ_с = 360°/N_c и использующими то же управляющее напряжение, производят напряжение нагрузки с самым маленьким искажением. Этот результат был получен для многоэлементного инвертора в семи-уравневой конфигурацией, которая использует три подключенных последовательно сегмента в каждой фазе. Самое маленькое искажение получено, когда источник смещен на угол в θ_с = 360°/3 = 120 °.

Довольно обыденной практикой в промышленном применении для многоуровневого инвертора является вставка третьей гармоники в каждый сегмент, как показано на Рисунок справа(b), для увеличения выходного напряжения. Еще одна положительная сторона многоуровневого СШИМ -эффективная частота переключения напряжения нагрузки в Nc-количество раз, и частота переключения каждого сегмента, в зависимости от ее несущего сигнала. Это свойство позволяет сокращать частоты переключения каждого сегмента, таким образом уменьшая потери на переключении.

Метод опорных векторов (MOB)[править | править код]

Пространственно-векторная диаграмма :(а) для двух-уровневого ,(b) трех-уровневого, и (c) пяти-уровневого инвертора.

Техника МОВ может быть легко применима для всех многоуровневых инверторов. Рисунок справа показывает векторы пространства для традиционных двух-, трёх- и пятиуровневых инверторов. Эти векторные диаграммы универсальны независимо от типа многоуровневого инвертора. Другими словами, рисунок справа действителен для пятиуровневого зафиксированного на диод, зафиксированного на конденсатор, или расположенного каскадом инвертора. Смежные три вектора могут синтезировать желаемый вектор напряжения путем вычисления рабочего цикла (T_j, T_j+1, и T_j+2) для каждого вектора.

Пространственно-векторные методы ШИМ обычно имеют следующие преимущества: хорошее использование напряжения источника постоянного тока, низкая пульсация и относительно легкая аппаратная реализация цифровым сигнальным процессором (DSP). Эти функции делают его подходящим для высоковольтных и мощных потребителей.

С увеличением количества уровней, существенно увеличиваются перегрузки и сложность переключения . Некоторые авторы использовали разложение пятиуровневой пространственно-векторной диаграммы в две трехуровневые пространственно-векторные диаграммы с фазовым сдвигом, чтобы минимизировать пульсации и упростить управление. Кроме того, простой пространственно-векторный метод  был представлен без вычисления рабочего цикла смежных трех векторов .

Электрический импульс — это… Что такое Электрический импульс?

Электрический импульс — кратковременный всплеск электрического напряжения или силы тока в определённом, конечном временном промежутке. Различают видеоимпульсы — единичные колебания какой-либо формы и радиоимпульсы — всплески высокочастотных колебаний. Видеоимпульсы бывают однополярные (отклонение только в одну сторону от нулевого потенциала) и двухполярные.

Характеристики импульсов

Форма импульсов

Важной характеристикой импульсов является их форма, визуально наблюдать которую, можно, например, на экране осциллографа. В общем случае форма импульсов имеет следующие составляющие: фронт — начальный подъём, относительно плоская вершина (не для всех форм) и срез (спад) — конечный спад напряжения. Существует несколько типов импульсов стандартных форм, имеющих относительно простое математическое описание, такие импульсы широко применяются в технике

• Прямоугольные импульсы — наиболее распространённый тип
• Пилообразные импульсы
• Треугольные импульсы
• Трапецеидальные импульсы
• Экспоненциальные импульсы
• Колокольные (колоколообразные) импульсы
• Импульсы, представляющие собой полуволны или другие фрагменты синусоиды (обрезка по горизонтали или по вертикали)

Кроме импульсов стандартной, простой формы иногда, в особых случаях, используются импульсы специальной формы, описываемой сложной функцией, существуют также сложные импульсы, форма которых имеет в значительной степени случайный характер, например, импульсы видеосигнала.

Параметры импульсов

В общем случае импульсы характеризуются двумя основными параметрами — амплитудой (размахом) и длительностью (обозначается τ или t_и). Длительность пилообразных и треугольных импульсов определяется по основанию (от начала изменения напряжения до конца), для остальных типов импульсов длительность принято брать на уровне напряжения 50 % от амплитуды, для колокольных импульсов иногда используется уровень 10 %, длительность искусственно синтезированных колокольных импульсов (с чётко выраженным основанием) и полуволн синусоиды часто измеряется по основанию.

Выброс на вершине прямоугольного импульса

Для разных типов импульсов существуют дополнительные параметры, уточняющие форму или характеризующие степень её неидеальности. Например, для описания неидеальности прямоугольных импульсов используются такие параметры, как, длительности фронта и среза (в идеале должны стремиться к нулю), неравномерность вершины, а также размер выбросов напряжения после фронта и среза, возникающих в результате паразитных процессов.

Спектральное представление импульсов

Кроме временного представления импульсов, наблюдаемого по осциллографу, существует спектральное представление, выраженное в виде двух функций — амплитудного и фазового спектра.

Спектр одиночного импульса является непрерывным и бесконечным. Амплитудный спектр прямоугольного импульса имеет чётко выраженные минимумы по шкале частот, следующие с интервалом, обратным длительности импульса.

Многократные импульсы

Импульсные посылки (серии импульсов)

Иногда импульсы используются или возникают не поодиночке, а группами, которые называются сериями импульсов или импульсными посылками, в том случае, когда они формируются преднамеренно для передачи куда-либо. Импульсная посылка может нести какую-либо информацию единичного характера или служить в качестве идентификатора. Информационные посылки прямоугольных импульсов, в которых значимыми величинами являются количество импульсов, их временное расположение или длительности импульсов называются кодово-импульсными посылками или, в некоторых областях техники, кадрами, фреймами. Кодирование информации в посылках может быть осуществлено разными способами: двоичный цифровой код, время-импульсный код, код Морзе, набор заданного количества импульсов (как в телефонном аппарате). Во многих случаях импульсные посылки используются не поодиночке, а в виде непрерывных последовательностей посылок.

Импульсные последовательности

Импульсной последовательностью называется достаточно продолжительная последовательность импульсов, служащая для передачи непрерывно меняющейся информации, для синхронизации или для других целей, а также генерируемых непреднамеренно, например, в процессе искрообразования в коллекторно-щёточных узлах. Последовательности подразделяются на периодические и непериодические. Периодические последовательности представляют собой ряд одинаковых импульсов, повторяющихся через строго одинаковые интервалы времени. Длительность интервала называется периодом повторения (обозначается T), величина, обратная периоду — частотой повторения импульсов (обозначается F). Для последовательностей прямоугольных импульсов дополнительно применяются ещё две однозначно взаимосвязанных друг с другом параметра: скважность (обозначается Q) — отношение периода к длительности импульса и коэффициент заполнения — обратная скважности величина; иногда коэффициент заполнения используют и для характеристики квазипериодической и случайной последовательностей, в этом случае он равен среднему отношению суммы длительностей импульсов за достаточно большой промежуток времени к длительности этого промежутка. Спектр периодической последовательности является дискретным и бесконечным для конечной последовательности, конечным для бесконечной. Среди непериодических последовательностей с, технической точки зрения, наибольший интерес представляют квазипериодические и случайные последовательности (на практике используются псевдослучайные). Квазипериодические последовательности представляют собой последовательности импульсов, период которых или другие характеристики варьируются вокруг средних значений. В отличие от спектра периодической последовательности, спектр квазипериодической последовательности является, строго говоря, не дискретным, а гребенчатым, с незначительным заполнением между гребнями, однако, на практике этим иногда можно пренебречь, так, например, в телевизионной технике для создания полного видеосигнала к сигналу чёрно-белого изображения добавляют сигнал цветности таким образом, что гребни его спектра оказываются между гребнями чёрно-белого видеосигнала.

Импульсы как носители информации

По характеру информации импульсные сигналы могут использоваться однократно(разовое сообщение о событии) или для непрерывной передачи информации Последовательности импульсов могут передавать дискретизированную по времени аналоговую информацию или цифровую, возможны также случаи, когда в единый, в физическом смысле, сигнал вложено два вида информации, например, телевизионный сигнал с телетекстом.

Для представления информации используются различные характеристики как собственно импульсов, так и их совокупностей, как по отдельности, так и в сочетаниях

• Форма импульсов
• Длительность импульсов
• Амплитуда импульсов
• Частота следования импульсов
• Фазовые соотношения в последовательности импульсов
• Временные интервалы между импульсами в посылке
• Позиционное комбинирование импульсов в посылке

Таким образом, можно выделить несколько обобщённых типов импульсных сигналов, несущих непрерывную информацию

• Цифровой сигнал, информация в котором, как правило (но не обязательно), содержится в виде кодовых посылок
• Аналоговый дискретизированный сигнал в виде квазипериодической последовательности
• Аналоговый дискретизированный сигнал в виде импульсных посылок с аналоговым кодированием информации
• Отдельно от предыдущих типов надо выделить видеосигнал (и соответствующий ему модулированный радиосигнал), в котором, в отличие от других сигналов, непрерывная информация содержится внутри самого импульса, благодаря его сложной форме

Некоторые примеры применения импульсов

Одиночные импульсы

• Разовые команды для управления каким-либо устройством (обычно прямоугольные)
• Разовые сигналы, генерируемые устройством при наступлении какого-либо события

Периодические последовательности

• Тактовые импульсы — для синхронизации событий в системе
• Стробирующие импульсы — для периодического разрешения / запрета процессов
• Пилообразные импульсы развёртки (в телевизорах, мониторах, радиолокаторах, осциллографах и т. д.)
• Телевизионный синхросигнал — составляющая аналогового видеосигнала, предназначенная для синхронизации разверток передающего и приемного устройств.
• Импульсы с образцовыми параметрами (амплитуда, длительность, частота и т. д.) на выходе калибраторов средств измерений
• Стимулирующие импульсные сигналы для проверки работоспособности аппаратуры или её узлов
• Стимулирующие сигналы, вырабатываемые медицинскими приборами

Непериодические последовательности

• Импульсные сигналы измерительной информации
• Псевдослучайные (хаотические) импульсные последовательности для тестирования аппаратуры или каналов связи

Одиночные посылки (серии)

• Набор номера в импульсном телефонном аппарате
• Коды идентификации, аутентификации для электронных замков и т. д.
• Разовая информация в системах сигнализации

Последовательности посылок

• Сигнал, представленный в цифровой форме в виде групп прямоугольных импульсов
• Группы импульсов, непрерывно излучаемых импульсными радиомаяками
• Посылки с время-импульсным кодированием в диалогах запросчик-ответчик в системах активной радиолокации и дальномерных каналах радионавигации

Видеоимпульсы

Примеры возникновения электрических импульсов в природе

• Импульсы от разрядов атмосферного электричества
• Нервные импульсы в живом организме
• Импульсы от разрядов электрических рыб

Литература

См. также

Ссылки