Формирование импульсов

     При генерации импульсных сигналов различной формы необходимо формирование временных интервалов, задающих длительность импульсов и пауз, частоту повторения импульсов и т.п. Эта задача решается с помощью формирующих цепей содержащих реактивные элементы. Наиболее простыми и надежными являются RC-цепи. Как правило, они применяются в качестве разделительных, дифференцирующих или интегрирующих цепей.
    Схема разделительной цепи приведена на рис. 16.1а. Временные диаграммы напряжений в схеме приведены на рис 16.1б. При анализе процесса формирования напряжения на выходе RC- цепи будет полагать, что внутреннее сопротивление источника входного напряжения равно нулю, а сопротивление нагрузки - бесконечно большое. Емкость С не пропускает на выход постоянную составляющую источника питания. Поэтому цепь названа разделительной.
     Пусть в момент  t=0 на вход цепи (зажимы 1 -1')  поступает прямоугольный  импульс амплитудой Um  и длительностью tu.  В начальный момент времени конденсатор С разряжен и ток в RC - цепи определяется только амплитудой импульса Um  и сопротивлением R. Поэтому на зажимах  2 - 2' создается напряжение равное максимальному  . По мере заряда конденсатора С ток  в цепи, а значит и напряжение на выходе будет экспоненциально убывать
,                                    (16.1)
 где tц = R×C[с] -  постоянная цепи. 
      К моменту окончания импульса (когда       t = tu) выходное напряжение упадет до Uвых(tu), причем
.                                        (16.2)

       После окончания импульса напряжение на входе цепи Uвх= 0. Поэтому конденсатор С начинает разряжаться через источник Uвх и  резистор R. Ток разряда создает на выходе цепи отрицательный перепад напряжения, причем

где
.                       (16.3)
       Разделительная цепь должна передавать импульс от входа  к выходу с возможно меньшими искажениями его формы. Искажение формы оценивают максимальным относительным, снижением вершины выходного импульса.
.
Из выражения (16.3) следует, что D U тем меньше, чем больше Uвых(tu), а  Uвых(tи)  тем больше, чем меньше отношение tu/tц  (см рис.16.2). Если требуется чтобы максимальное относительное снижение вершины  импульса не превышало 1%, то постоянная времени цепи  tц  должна превышать длительность импульса  tu  не менее чем в 100 раз.
       Схема дифференцирующей цепи такая же, как и схема разделительной цепи. Но дифференцирующая цепь предназначена для укорочения импульсов или для выделения их фронта и среза. Эта задача решается тем лучше, чем  больше отношение tu/tц.  Реально оно находится в пределах от 10 до 100. Выходное  напряжение представляет два биполярных  импульса  совпадающих по времени с фронтом и срезом входного импульса (рис. 16.1б). Амплитуда биполярных  импульсов затухает экспоненциально в соответствии с (16.1). Длительность этих импульсов на уровне 0,05 Um. tвых » 3 tц. Подбором tц ее можно сделать сколь угодно малой.
      Схема интегрирующей цепи приведена на рис. 16.2а. На рис. 16.2б приведены диаграммы напряжений на входе и выходе цепи. При поступлении на вход такой цепи (зажимы 1 - 1') прямоугольного импульса напряжения выходной сигнал нарастает по  экспоненте
 .                                (16.4)
Время необходимое для нарастания выходного сигнала до уровня 0,9Um, составляет 2,3 tц, а до уровня 0,99 Um- 4,6 tц.
       Срез убывает по экспоненциальному закону
,
где

.
     На начальном участке выходное напряжение изменяется по закону, близкому к линейному. Этот участок часто используется для линейного накопления напряжения сигнала. Поэтому рассматриваемая цепь получила название интегрирующей. Чтобы цепь работала как интегрирующая, отношение tu/tц должно быть значительно меньше  единицы.