Цифровая и импульсная электроника

Импульсный режим работы и цифровое представление преобразуемой информации. Импульсный режим работы электронного устройства характерен резкими изменениями токов и напряжений. Импульсный режим широко используется в устройствах как силовой, так и информативной электроники.

Импульсный режим работы устройств информативной электроники имеет следующие два важнейших преимущества:

· резко повышается помехоустойчивость, так как и при высоком уровне помех обычно не возникает проблемы отличить одно состояние схемы от другого, а именно состояние схемы определяет информацию о преобразуемом сигнале;

· информация о сигнале простым и естественным образом представляется в цифровой форме, что позволяет использовать большие и все возрастающие возможности цифровой обработки информации.

Импульсные сигналы. Основные термины. Обратимся для примера к идеализированному импульсу, который называют трапецеидальным (рис. 15.1,а).

Рис. 15.1. Виды идеализированных импульсов

Участок трапецеидального импульса АВ называют фронтом, участок ВС – вершиной, участок СD – срезом, отрезок АD – основанием. Иногда участок АВ называют передним фронтом, а участок СD – задним фронтом.

На рис. 15.1,б приведены другие идеализированные импульсы характерных форм и даны их названия.

Более сложный по форме, приближенный к реальному, вид импульса показан на рис. 15.2,а.

Рис. 15.2. Характерные параметры импульса

Участок импульса, соответствующий отрицательному напряжению, называют хвостом импульса, или обратным выбросом.

Для величин, указанных на рис. 15.2, обычно используют следующие названия:

t_и – длительность импульса;

t_ф – длительность фронта импульса;

t_с – длительность среза импульса;

t_х – длительность хвоста импульса;

U_m – амплитуда (высота) импульса;

ΔU – спад вершины импульса;

U_обр – амплитуда обратного выброса.

При определении параметров реальных импульсов обычно нет возможности однозначно разделить импульс на характерные участки, поэтому в этих случаях параметры импульсов определяют исходя из тех или иных допущений. Например, длительность импульса и фронта импульса часто определяют так, как показано на рис. 15.2,б.

Обратимся к периодически повторяющимся импульсам (рис. 15.3).

Рис. 15.3. Периодически повторяющиеся импульсы

В этом случае используют следующие параметры:

Т – период повторения импульсов;

f=1/T – частота повторения импульсов;

t_и – длительность импульса;

t_п – длительность паузы;

Q=T/t_и – скважность импульса;

К_з=1/Q=t_и/T – коэффициент заполнения.

Цифровое представление преобразуемой информации. Для цифрового представления информации характерно полное абстрагирование от особенностей электрических процессов в электронной схеме, выполняющей обработку сигналов.

В устройствах цифровой электроники в большинстве случаев используется сигналы двух уровней – высокого и низкого. При этом обычно имеется в виду уровни напряжения, а не тока. Важным является не абсолютные значения амплитуд напряжений для высокого и низкого уровня, а их четко различимая разность. Изобразим диаграмму, поясняющую изложенное (рис. 15.4):

Рис. 15.4. Соотношение высокого и низкого уровня сигналов

На этой диаграмме, соответствующей цифровым схемам транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), имеющей напряжение питания 5 В, укажем диапазоны напряжений для входных и выходных сигналов (заштрихованные прямоугольники). Это такие диапазоны, что сигнал, оказавшись в одном из них, безошибочно квалифицируется как сигнал высокого или низкого уровня. Высокому и низкому уровню сигналов ставятся в соответствие логические состояния 1 и 0. Если высокому уровню сигналов ставится в соответствие состояние 1, а низкому – состояние 0, то говорят о так называемой позитивной логике. Если высокому уровню соответствует состояние 0, а низкому – 1, то говорят о так называемой негативной логике.