Лекция №1

Тема:Преобразование импульсных сигналов

1. Импульсные сигналы и их параметры.

2. Переходные процессы в линейных цепях.

3. Дифференцирующая цепь. Интегрирующая цепь.

Литература:

1. Браммер Ю.А., Пащук И.Н. Импульсная техника. — М.: Высшая школа,1985.С.8-22, 129-144

1. Быстров Ю.А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и устройства. — М.: Высшая школа, 1989. — С.46-49.

1. Импульсные сигналы и их параметры.

2. Импульсная техника — область радиоэлектроники, изучающая вопросы генерирования, формирования, преобразования и измерения импульсных сигналов.

3. Импульсный сигнал

   (электрический импульс) — кратковременное изменение напряжения или тока в электрической цепи, соизмеримое с переходным периодом в этой цепи.

4. Назначение импульсных сигналов:

5. Импульсные сигналы используются для представления сигналов в дискретной форме. Основные области применения — радиолокация, телевидение, электронно-вычислительная техника, гидроакустические станции и т.д.). Главное достоинство позволяющее использовать импульсный сигнал то, что он обладает большей помехозащищенностью по сравнению с аналоговым сигналом.

6. Классификация импульсных сигналов:

7. Радиоимпульсы (РИ)- кратковременная серия высокочастотных синусоидальных колебаний.

8. РИ содержит много периодов ВЧ колебаний, а его огибающей является прямоугольный импульс. РИ имеют вид:

9. РИ снимаются с выхода ВЧ генератора, управление которым осуществляется (модулируется) прямоугольным импульсом.

10. Видеоимпульсы (ВИ) — кратковременное отклонение напряжения или тока от некоторого исходного уровня (основания импульса).

11. ВИ получаются при коммутации цепи постоянного тока. При этом исходный уровень может иметь разные значения:

12. Классификация видеоимпульсов.

13. Классификация видеоимпульсы может быть произведена по следующим основным признакам:

1. По полярности ВИ делятся на:

Причем, в ряде случаев такое деление относительно.

14. По форме ВИ могут быть:

• прямоугольные;

• трапециидальные;

• колокольные;

• экспоненциальные;

• пилообразные и т.п.

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

Вопрос 2. 20 минут. Импульсный сигнал и его параметры.

Под импульсом подразумевают быстрое появление и исчезновение электрической величины (напряжения, тока), то есть действие напряжения (тока) на нагрузку (электрическая схема, ткани организма) в течение короткого промежутка времени t_n, значительно меньшего паузы t_п между импульсами.

В медицинской радиоэлектронной аппаратуре под импульсами понимаются переменные напряжения (токи), основным признаком которых является их отличие от синусоидальной формы (пилообразные, прямоугольные и т.д.).

Раздражающее действие одиночного импульса тока зависит от его формы (преимущественное значение имеет крутизна нарастания — tg ), длительности t_и и амплитуды, которые являются его основными характеристиками.

Видеоимпульсы — это такие электрические импульсы тока или напряжения, которые имеют постоянную составляющую, отличную от нуля, то есть имеют одну полярность.

Радиоимпульсы — это модулированные электромагнитные колебания.

1-2 – фронт

2-3 – вершина

3-4 – срез (задний фронт)

4-5 — хвост

крутизна фронта

Если импульсы повторяются, то используют ещё одну характеристику — период повторения Т — среднее время между началами соседних импульсов. Частота повторения равна .

Скважностью следования импульсов называется отношение:

.

Величина обратная скважности, есть коэффициент заполнения:

.

Вопрос 3. 15 минут.

Связь амплитуды, формы импульса, частоты следования импульсов, длительности импульсного сигнала с раздражающим действием импульсного тока. Закон Дюбуа-Реймона, уравнение Вейса-Лапика.

В основе действия электрического тока на ткани организма лежит движение заряженных частиц, преимущественно ионов тканевых электролитов, в результате чего изменяется обычный состав ионов по обе стороны клеточной мембраны, в связи, с чем в клетке происходит ряд биофизических и физиологических процессов, вызывающих её возбуждение.

Опыт показывает, что постоянный ток при установившейся силе тока (не выходящей из допустимых пределов) раздражающего действия на ткани организма не оказывает. Раздражение вызывается при изменении силы тока и зависит от скорости, с которой это изменение происходит (закон Дюбуа-Реймона). Учитывая, что сила тока в растворе электролита зависит как от числа движущихся ионов, так и от скорости их перемещения, скорость изменения силы тока следует сопоставить с их ускорением. Поэтому можно считать, что раздражающее действие тока обусловлено ускорением при перемещении ионов тканевых электролитов.

Раздражающее действие прямоугольных импульсов в значительной мере зависит от их длительности, обуславливающей наибольшее смещение ионов за время действия импульса. Эта зависимость описывается уравнением Вейса-Лапика:

,

где I_П — пороговая сила тока (амплитуда импульса), t_u — длительность импульса, а и в — коэффициенты, зависящие от природы возбудимой ткани и её функционального состояния.

Порогом в физиологии называется минимальная сила раздражения, вызывающая реакцию возбудимой ткани.

Как видно из графика на рис.2, предельно кратковременные импульсы (вызывающие смещение ионов, соизмеримое с амплитудой колебаний в тепловом движении) не оказывают раздражающего действия. При достаточно длительных импульсах (правая ветвь графика) раздражающее действие их становится независимым от длительности, значение порогового тока при этом называется реобазой (R). Точка “С” кривой, ордината которой равна удвоенной реобазе, определяет длительность импульса, называемую хронаксией (сhr). Хронаксия и реобаза характеризуют возбудимость органа или ткани и могут служить показателями их функционального состояния или диагностическим признаком при их поражении.

Согласно закону Дюбуа-Раймона, раздражающее действие тока зависит от скорости нарастания его мгновенных значений, то есть от крутизны переднего фронта импульса. Это связано со свойством возбудимых тканей повышать порог (“приспосабливаться”) к постепенно нарастающей силе раздражения. Это свойство тканей называется аккомодацией и характеризуется снижением порогового тока “I_n” при возрастании крутизны переднего фронта одиночных достаточно длительных импульсов. Исследование аккомодации производится с помощью треугольных или трапецеидальных импульсов с регулируемой крутизной переднего фронта.

Способность к аккомодации у возбудимых тканей зависит от их функционального состояния. Например, у патологически измененных мышц способность к аккомодации снижается и для них более физиологическими является постепенно (экспоненциально) нарастающие импульсы.

I

t

Амплитуда импульсов, обуславливающая силу тока в цепи, зависит главным образом от числа ионов, вовлеченных в движение. Изменением амплитуды импульсов при определенных их форме и длительности обычно регулируется сила раздражения при данной процедуре.

Действие на ткани ритмически повторяющихся одиночных импульсов называется частотным раздражением. Частотное раздражение позволяет выявить особое свойство возбудимых тканей, названное Н.Введенским лабильностью или функциональной подвижностью, которое характеризует способность ткани давать оптимальную реакцию только в определенных пределах частоты повторения раздражающих импульсов. Определение лабильности осуществляется путем наблюдения характера реакции, например, тетанического сокращения мышц, при различной частоте раздражающих импульсов тока.

Из области физиологических исследований электростимуляция перешла в клинику, где она используется в качестве лечебного воздействия при недостаточности или нарушении естественной функции тех или иных органов или систем.

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

48. Параметры сигнала импульсной формы.

В современной информационной электронике импульсный метод (принцип) построения систем обработки электрических сигналов занимает доминирующе положение по сравнению с аналоговым. Преобладающее применение импульсных устройств обусловлено их существенным преимуществом. Наиболее распространенные формы импульсных сигналов представлены на рис. 1.

\

Рис. 1. Формы импульсных сигналов: а – прямоугольная; б – меандр;

в – трапециидальная; г – пилообразная; д треугольная;

е – параметры прямоугольного импульса

U_m– амплитуда импульса;

t_и– длительность импульса;

t_ф– длительность фронта;

t_с– длительность среза;

U– неравномерность вершины импульса;

tк – длительность колебательного процесса при нарастании импульса и его спаде.

γ – коэффициент заполнения, ;g– скважность,g=.

49. Ключ на биполярном транзисторе.

Биполярный транзистор имеет три слоя из полупроводников с различными типами проводимостей (pиn). В зависимости от порядка чередования слоев в транзисторе различают транзисторы p-n-p и n-p-n.

Выводы от крайних слоев называются эмиттер и коллектор, а вывод из среднего слоя – базой. Их обозначения приведены на рисунке 15.

Рис. 15 – Обозначение биполярных транзисторов на принципиальных схемах

Эмиттер является источником носителей тока, база управляет их потоком, а коллектор выполняет функции собирающего электрода. Ток коллектора больше тока управления, который протекает по базовой цепи. С этой точки зрения можно считать, что транзистор усиливает управляющий канал по току, и этот коэффициент усиления обозначается β=.

В схемах различных устройств транзистор включается таким образом, что один из его электродов является общим для входной и выходной цепей, другой соединен со входом устройства, третий — с его выходом. Наиболее часто используется схема включения с общим эмиттером, которая выглядит, как показано на рисунке 16.

Рисунок 16 – включение транзистора по схеме с общим эмиттером

Если входное напряжение равно нулю или отрицательно, то переход эмиттер-база транзистора заперт. При этом практически нулевыми будут базовые и коллекторные токи, а выходное напряжении окажется равным напряжению источника питания +Е.в данной ситуации оба перехода транзистора: база-эмиттер и база-коллектор заперты, и такой режим работы называетсярежимом отсечки. При увеличении входного напряжения по базовой цепи начинает протекать ток, а по коллекторной –I_k=βI_Б. Подпонимаем напряжение, при котором открывается переход эмиттер-база. Для кремневых транзисторов это напряжения составляет порядка 0,7-0,8В.

При наличии коллекторного тока напряжение на выходе схемы определяется соотношением:

,

Используя которое, можно рассчитать и построить график зависимости выходного напряжения такого ключа от входного. Из формулы следует что выходное напряжении станет равным нулю при =E. Отсюда можно определить уровень входного сигнала, при котором транзистор окажется полностью открытым и по его коллекторной цепи потечет ток. в реальных схемах между коллектором и эмиттером открытого транзистора всегда имеется некоторое остаточное напряжение итог будет равен.

При дальнейшем увеличении входного сигнала ток базы возрастает, но коллекторный останется практически неизменным, так как он ограничен величиной напряжения питания и сопротивления резистора в коллекторной цепи. В данной ситуации ток, протекающий по базовой цепи, может быть выбран больше, чем требуется для полного открывания транзистора. При этом оба перехода база-эмиттер и база-коллектор окажутся смещенными в прямом направлении, что соответствует состоянию насыщения транзистора, при котором падение напряжения между коллектором и эмиттером составят 0,1-0,3В.

Транзисторный ключ является основой любого логического элемента и представляет собой усилительный каскад на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером. Его упрощенная схема имеет вид, представленный на рисунке 17.

Рис. 17 – Принципиальная схема транзисторного ключа

Параметры импульсов:

Радиотехника 3 курс

1. Детерминированные и случайные сигналы. Способы описания.

Сигналом принято называть физический процесс (процесс изменения физического объекта или сферы), несущий информацию и пригодный для передачи на расстояние.

Детерминированный сигнал – сигнал, если возможно его точное предсказание в любой момент времени.

Случайный сигнал – сигнал, который нельзя предсказать в любой момент времени. Т.е. мгновенные значения являются случайными величинами.

S(t) = sin(5t+3)+delta // сигнал синусоидальный + шумы.

В любой системе присутствуют шумы. ем больше шумов, тем больше система относится к случайным сигналам.

Способы описания:

1. Описание разрывными функциями – деление сигнала на части, и описание каждой из частей математической функцией. т.е. разбитие сигнала на отдельные части, описываемые простейшими функциями (уравнением прямой, тригонометрической или экспоненциальными функциями), в различные моменты времени.

2. Динамическое описание сигнала функцией включения и дельта-функцией. Функция включения. В качестве элементарных сигналов используется ступенчатая функция возникающая через равные промежутки времени. Во втором методе используются прямоугольные сигналы одинаковой длительности.

3. Ортогональные сигналы и обобщенные ряды Фурье.

4. Спектральное представление сигналов

5. Ряды Фурье

2. Импульсные сигналы. Основные характеристики.

Импульсные сигналы — сигналы, информацию в которых несут параметры импульсов. Импульс — кратковременное отклонение физического процесса от установленного значения. Кратковременное отклонение имеет не абсолютное, а относительное значение, т. е. длительность отклонения меньше или сопоставима с длительностью процесса.

Импульсные сигналы имеют преимущества перед непрерывными сигналами: средняя мощность импульсного сигнала значительно меньше средней мощности непрерывного сигнала при сопоставимой информационной емкости. Кроме того, в паузах между импульсами одного сигнала можно передавать импульсы другого сигнала и тем самым увеличить информационную вместимость канала. Одним из специальных видов импульсных сигналов есть сигналы цифровой и компьютерной техники.

Существуют два вида импульсов: видеоимпульсы и радиоимпульсы. Видеоимпульсы — это кратковременное отклонение физического параметра, несущего информацию, от установленного значения. Радиоимпульс — это отрезок высокочастотного колебания определенной формы. Радиоимпульсы широко используют для передачи информации каналами радиосвязи, в телевидении и радиолокации. На практике используют Последовательности импульсов, повторяющиеся через определенный интервал времени

Фронт — начальная часть импульса, характеризующая нарастание информативного параметра.

Спад — информативный параметр падает до установленного значения.

Вершина — часть импульса, находящегося между передним и задним фронтами.

Амплитуда — наибольшее отклонение информативного параметра сигнала от установленного значения.

Длительность импульса Т1— отрезок времени, измеренный на уровне, соответствующему половине амплитуды.

Период повторения импульсов Т в импульсной последовательности — интервал времени между двумя соседними импульсами в импульсной последовательности.

Длительность фронта импульса — это время τF нарастания импульса от 0,1 до 0,9 амплитудного значения, или время спада τB от 0,9 до 0,1 амплитудного значения.

Среднее квадратичное значение импульса — значение постоянного напряжения, который за одинаковые промежутки времени при одинаковых значениях сопротивления выделяет такую же самую мощность.

Неравномерность вершины δ — разница значений в начале и в конце импульса.

Выброс на вершине b1— кратковременное отклонение сигнала на вершине импульса в начальной его части.

Выброс в паузе B2— кратковременное отклонение сигнала после завершения действия импульса.

1) Мгновенное значение импульсного сигнала(U(t)) аналогично синусоидальному можно определить c помощью приборов, представляющих форму сигнала. 2) Амплитудное значение Un характеризует наибольшее значение мгновенного напряжения в интервале периода Т. Период исследования импульного сигнала определяется по точкам на уровне 0,5 амплитуды.  3) Время нарастания переднего фронта tф+ — интервал времени между точками, соответствующими 0,1Um и 0,9Um. Передний фронт харак-теризует степень нарастания сигнала, т.е. как быстро импульс от уровня 0 достигает Um. В идеале tф+ должно равняться нулю, но на практике никогда этот интервал не равен нулю, tф » 10 нС. 4) Время спада (заднего фронта) tф— определяется аналогично от уровня 0,1 до 0,9 у амплитуды, но на спаде импульса. Время заднего фронта, как и переднего, также конечно. Его стремятся уменьшить, поскольку спад влияет на длительность импульса tu. 5) Длительность импульса tu – интервал времени, определяемый на уровне 0,5 амплитуды от переднего до заднего фронта. Важное значение для сигнала имеет отношение периода следования импульса к длительности импульса, называемого скважностью. Чем выше скважность, тем большее число раз импульс ²укладывается² в период следования T/m = q. Частным случаем импульсного сигнала является ²меандр², у которого скважность q = 2. Скважность косвенно указывает на энергетическую характеристику сигнала: чем она больше, тем меньшую энергию за период переносит сигнал. Поскольку сигнал характеризуется различными уровнями напряжения для него также применяют: действующее значение напряжения, аналоговая форма; средневыпрямленное значение напряжения. Для прямоугольных сигналов эти величины оказываются равными. Часто рассматривают энергетическую характеристику — мощность сигнала. Мощность за период P определяется для прямоугольного сигнала как: , где Pu – мощность импульса, q – скважность Мощность импульса может достигать больших величин, при этом средняя мощность оставаться невысокой. Короткими импульсами с большой амплитудой проверяются устройства. 6) Коэффициент спада вершины Y =

34. Импульсный сигнал и его параметры. Изменение формы импульсного сигнала при прохождении им линейных цепей.

Действие переменного тока на организм существенно зависит от его частоты. Переменный ток вызывает раздражающее действие. Раздражающее действие одиночного импульса зависит от его формы (преимущественное значение имеет крутизна нарастания — tg альфа), длительности импульса (t с индексом u) и амплитуды (I с индексом n), которые являются его основными характеристиками.

t u-инд — время между началом и окончанием импульса.

In — пороговое значение (амплитуда).

При физиологических исследованиях чаще всего применяются импульсы прямоугольной формы.

Т.к. живые ткани обладают емкостными свойствами, то при прохождении через них прямоугольных импульсов, импульсы изменяют свою форму.

Повторяющиеся импульсы — импульсный ток. Он характеризуется периодом (Т — время между началами соседних импульсов), t u-инд — длительностью импульса, скважностью !Q=T/t u-инд, коэффициентом заполнения !к=1/Q=t u-инд/T!.

а) пусть прямоугольный импульс проходит через основную цепь, !t u-инд>>t=RC!

!t=RC! — постоянная времени (время в течение которого при зарядке конденсатора ток зарядки убывает в е=2,7 раз.

Дифференцирующая цепь

Тогда Uвх = Uc;

Uвых = U R-инд = I*R

I = dq/dt*q = Uc*c

I = c*dUc/dt => Uвых = RC*dUвх/dt — направление на выходе.

Сигнал на входе

Сигнал на выходе

Интегрирующая цепь

t >> t u-инд; Uвх = U R-инд; Uвых = Uc;

_{Сигнал на входе}

Сигнал на выходе

58 Индуцированное излучение. Оптические квантовые

генераторы. Применение лазеров в медицине.

У некоторых веществ (неон, рубин и др.) имеются энергетические уровни, спонтанный переход с которых на основной уровень путем излучения фотонов имеет малую вероятность, т.е. происходит относительно редко, поэтому возбужденные атомы задерживаются на них относительно долго (10 ^-3с). Такие уровни называются метастабильными и в процессе возбуждения на них может накапливаться значительное количество атомов в возбужденном состоянии. Это явление называется «инверсной заселенностью уровней». Излучение атома находящегося на нестабильном уровне может быть вызвано путем воздействия на него посторонним фотоном с энергией равной разности энергетических уровней возбужденного и невозбужденного состояния. Такое излучение называется индуцированным. Это явление лежит в основе устройства лазера — оптического квантового генератора. Основой лазера является рабочее тело, имеющее метастабильные

энергетические уровни, на которых в процессе возбуждения создается инверсная заселенность.

Вызванное тем или иным способом индуцированное излучение с этих уровней обладает характерными свойствами: имеет строгую монохроматичность, когерентность, полностью поляризовано и представляют собой мощный параллельный путь сочень малым углом расхождения. Благодаря своим свойствам лазерный пучок излучения нашел широкое применение: он может избирательно разрушать микроскопические элементы структуры ткани (лазерная игла) с исследовательской или лечебной целью.

Лазерный луч применяется в хирургии для бесшовного разреза сильно кровоточащих тканей (печени, легкого). В онкологической хирургии «лазерный нож» предупреждает возможность распространения в окружающую ткань клеток удаленной опухоли. В офтальмологии приваривают отслоившуюся сетчатку, а при глаукоме для образования микроскопического отверстия и др.

6 Интерференция волн в упругой среде.

Интерференцией называется сложение волн, при котором происходит постоянное распределение амплитуды в пространстве. Интерференция волны возможна при постоянной разности фаз и одинаковой частоте (когерентность волн)

дельтаd — разность хода двух волн (от источников S1 и S2).Если разность хода двух волн равна целому числу длин волн,то при их встрече в точке А волны встретятся гребень с гребнем, впадина с впадиной и произойдет усиление волн

(условие максимума)- max:!дельта.d=k*лямда!. Если разность хода равна нечетному числу,то при встрече встретятся гребень с впадиной и волны погасят друг друга.

(min. !дельтаd=(2k+1)*лямда/2! — условие минимума.

Т. е. при интерференции в некотором месте пространства от сложения двух когерентных волн будут чередоваться максимумы и минимумы. В

максимумах состредоточится вся энергия. В минимумах она просто не попадет. В максимумах от сложения волн амплитудами A1 и Аз будет А=А1+А2. В минимуме А’=А1-А2.