Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
определения того, насколько фаза отличается от теоретического значения
90°.
Определенная аккуратность нужна при рассмотрении работы интегратора,
когда на его вход подается прямоугольное колебание. Интегрирование - это
просто процесс непрерывного суммирования, так что результатом
интегрирования последовательности положительных прямоугольных импульсов,
такой, как на рис. 10.20(a), будет выходной сигнал, показанный на рис.
10.20(A); напряжение на выходе идеального интегратора будет просто
неограниченно расти, как сумма положительных площадей. Заметим, что
выходное напряжение имеет положительный градиент в пределах каждого
положительного прямоугольного импульса, и остается на одном уровне в
интервале между ними, когда входной сигнал равен нулю.
Конечно, сигнал на выходе простого ЛС-интегратора не может расти до
бесконечности хотя бы потому, что при этом будет нарушаться требование
vout " vin, выполнение которого необходимо для точного интегрирования.
Практически правильную работу интегратора можно наблюдать только в
течение нескольких первых периодов входного сигнала; после этого выход-
Рис. 10.20. Интегрирование однополярного прямоугольного сигнала: (а)
сигнал положительной полярности на входе интегратора, (Ь) "нарастающий"
сигнал на выходе интегратора.
Электронные вычисления 267
ной сигнал устанавливается на уровне постоянной составляющей входного
сигнала (равной - V если отношение длительности импульса к интервалу
2
между импульсами равно единице) с наложенными на него пульсациями
треугольной формы.
Лучшую временную диаграмму сигнала на выходе интегратора можно получить,
преднамеренно удалив постоянную составляющую из входного сигнала и сделав
его, таким образом, симметричным относительно нулевого уровня. Это легко
сделать расположив, между источником прямоугольного сигнала и
интегратором, приведенным на рис. 10.19, развязывающую RC-цепь,
изображенную на рис. 10.12. В результате входной и выходной сигналы
принимают вид, показанный на рис. 10.21. Положительные полуволны входного
сигнала дают на выходе монотонно нарастающий сигнал, поскольку на этом
отрезке времени происходит подсчет положительной площади, но затем за
каждым положительным полупериодом следует отрицательный по-лупериод, в
пределах которого также происходит интегрирование, давая на выходе сигнал
с отрицательным наклоном и компенсируя аналогичный предыдущий сигнал с
положительным наклоном. В результате получается треугольный сигнал,
середина которого приходится на нулевой уровень. В действительности, этот
сигнал состоит из отрезков экспоненциальных кривых заряда и разряда
интегрирующего конденсатора. Если Л и С имеют значения, указанные на рис.
10.19, и частота сигнала равна 500 Гц или больше, то условие vout " vin
выполняется; отрезки экспонент представляют столь малые части всей
функции, что их аппроксимируют прямой линией.
(а) . -----,
+
0 в-----------------------------------------
Рис. 10.21. Интегрирование симметричного прямоугольного сигнала (а) дает
треугольный сигнал на выходе (Ь).
10.11 Электронные вычисления
Интересный эксперимент по проверке работы дифференциатора и интегратора
состоит в интегрировании продифференцированного прямоугольного колебания.
Математика говорит нам, что должна быть восстановлена исходная функция,
то есть прямоугольный сигнал. Если показанная на рис. 10.19 интегрирующая
цепь включена вслед за дифференцирующей цепью, приведенной на рис. 10.17,
и на эту комбинацию подается прямоугольное колеба-
268 Импульсные сигналы и постоянные времени
ние, то теорию можно проверить наблюдая выходной сигнал с помощью
осциллографа. Сносное изображение входного сигнала получится при частоте
следования импульсов около 500 Гц. Попытайтесь объяснить неточность
результата.
10.12 Измеритель частоты следования импульсов с накачкой заряда
Много импульсных схем разработано для обработки сигналов от детекторов
излучения, таких как трубки Гейгера-Мюллера, твердотельные детекторы
частиц и фотоумножители. Импульсы усиливаются и преобразуются в
прямоугольную форму с использованием таких схем, как приведенная на рис.
10.2, часто в комбинации с триггером Шмитта или ждущим мультивибратором
(см. главу 12). В таких ситуациях обычно требуется измерить частоту
следования импульсов, которая пропорциональна интенсивности излучения,
падающего на детектор.
При низких уровнях излучения частота импульсов может быть настолько
малой, что ее можно определить вручную, как в случае хорошо знакомых
"счетчиков Гейгера" со звуковым выходом, издающих характерные щелчки. При
более высокой частоте следования импульсы обычно подаются на цифровые
счетчики, например, такие, как счетчики, рассматриваемые в главе 13, а
затем число импульсов, поступивших за фиксированное время, автоматически
отображается на цифровом индикаторе.
Однако часто бывает удобно получать текущую индикацию частоты следования
импульсов на аналоговом (стрелочном) приборе. Этого можно достичь с
