Circuite de impulsuri

Circuite de impulsuri

1. Generalitati

Prin impuls se intelege o variatie rapida de tensiune sau de curent care dureaza un timp scurt in comparatie cu perioada de succesiune a acestor variatii.

Impulsurile pot avea diferite forme:

- dreptunghiular

- trapezoidal

- triunghiular

- in dinte de ferestrau (tensiune liniar variabila)

- in forma de clopot

2. Marimi specifice impulsurilor

t - durata impulsului - durata dintre

momentul in care valoarea impulsului

este 0.5A, unde A = amplitudinea;

t_c - durata frontului anterior - este timpul

in care semnalul creste de la 0.1A la

0.9A;

t_d - durata frontului posterior - este timpul

in care semnalul scade de la 0.9A la

0.1A.

Pentru impulsurile cu urmatoarele forme se defineste:

DA - descresterea palierului

e - supracresterea - este diferenta dintre

A_maxim si A_mediu

In cazul impulsurilor periodice se defineste:

- durata impulsului.t

- perioada impulsuluiT

- coeficientul de umplereQ=t/T

Impulsurile pot fi obtinute prin 2 metode:  - prin formare;

- prin generare.

Circuitele pentru formarea impulsurilor sunt:

- circuite de limitare (utilizeaza la intrare un semnal sinusoidal);

- circuite de derivare;

- circuite de integrare.

Circuitele pentru generarea impulsurilor sunt circuitele basculante astabile.

Circuite pentru formarea impulsurilor

1. Circuite de limitare

Sunt circuite care determina la iesire o tensiune proportionala cu tensiunea de intrare atunci cand aceasta este cuprinsa intre anumite limite numite praguri de limitare. Cand tensiunea de intrare este in afara acestor praguri, atunci tensiunea de iesire este constanta. Semnalul aplicat la intrare poate fi de orice forma, insa de obicei se utilizeaza semnalul sinusoidal.

Oscilatii sinusoidale limitate

cu prag superior cu prag inferior cu 2 praguri de limitare

Pentru realizarea limitatoarelor se utilizeaza componente neliniare de circuit (diode redresoare, Zener, tranzistoare) si limitarea se realizeaza prin trecerea acestor componente din stare de conductie in stare de blocare si invers.

Dupa modul de conectare a elementului neliniar fata de consumator, limitatoarele sunt de 2 tipuri: serie si paralel.

In cazul limitatoarelor realizate cu diode redresoare pragul inferior sau superior este:

- zero cand in circuit nu exista sursa de tensiune continua;

- diferit de zero cand in circuit exista o sursa de tensiune continua.

Totdeauna sursa este conectata ca sa polarizeze invers diodele.

Limitatoare serie cu un singur prag

REFERAT: Ce sa faceti inainte de inundatie? REFERAT: Executarea si receptionarea ancorajelor metalice tip inel-con si dorn

a) b)

cu prag inferior 0     cu prag inferior E

D

c)           d)

cu prag inferior 0       cu prag superior -E

Limitatoare paralel cu un singur prag

a)           b)

cu prag inferior 0       cu prag inferior -E

c)

cu prag superior 0 cu prag superior E

Limitatoare paralel cu un 2 praguri

			R
	Ui
					b)

R

a) b)

cu diode redresoare              cu diode Zener

La toate schemele prezentate se neglijeaza

caderea de tensiune pe o dioda aflata in conductie.

2. Circuite de derivare

Sunt utilizate pentru obtinerea unor impulsuri de scurta durata (filtru trece-sus).

	C

Fronturile tensiunii Ui se regasesc la iesire deoarece pe durata lor condensatorul este in scurtcircuit. In continuare Ue scade exponential odata cu incarcarea condensatorului. Pentru un impuls dreptunghiular de intrare la iesire se obtin 2 impulsuri scurte de polaritati diferite. Pentru a obtine impulsuri de durata cat mai mica (Ue sa revina cat mai repede la zero) trebuie ca t<<T, unde t=RC este constanta de timp a circuitului.

<t>_SI=s <R> _SI=W <C> _SI=F

Circuitul realizeaza derivarea Ui deoarece pe durata palierului Ui rezulta Ue=0.

2. Circuite de integrare

Sunt circuite utilizate pentru obtinerea de impulsuri cu fronturi modificate fata de cele ale semnalului de intrare. Ele realizeaza integrarea semnalului de intrare (filtru trece-jos).

Ue=Uc si Uc are o variatie exponentiala in timp.

Ue variaza pe durata palierului Ui.

Pentru implementarea acestei conditii trebuie ca t>>T, unde t=RC este constanta de timp a circuitului.

4. Filtre pasive

Filtrele sunt proiectate sa separe anumite parti dintr-o banda data de frecvente. Ideal, un filtru ar trebui sa transmita toate frecventele utile, fara atenuare si defazaj, eliminand in acelasi timp celelalte componente de frecventa inutile. In realitate insa este imposibil de obtinut un astfel de filtru si se admite pana la urma compromisul dintre caracteristicile impuse de aplicatia data si posibilitatile de realizare. Imperfectiunile ce caracterizeaza un filtru sunt explicate prin faptul ca atenuarea in banda de trecere nu este de fapt nula, iar in afara benzii de trecere nu poate fi infinita; totodata tranzitia intre banda de trecere si restul de frecvente nu se face brusc, ci lent .

Este necesara definirea principalelor caracteristici ale unui filtru.

Examinand figurile 1 si 2 se poate constata ca un filtru (trece-jos sau trece-sus) poate fi definit prin patru parametri: A_max, A_min, f_a si f_p. Parametrul A_max reprezinta atenuarea maxima in interiorul benzii de trecere; A_min este atenuarea minima in afara benzii de trecere, in timp ce frecventele f_p si f_a delimiteaza banda de atenuare. Intre cele doua frecvente exista o banda de tranzitie marcata chiar de cele doua frecvente f_a respectiv f_p.

Figura 1 Figura 2

Figura 3 Figura 4

O alta marime caracteristica este selectivitatea, care se defineste ca fiind:

( 1 )

Selectivitatea da o informatie utila cu privire la panta de taiere a filtrului: cu cat k se apropie mai mult de unitate, cu atat filtrul tinde spre un filtru ideal.

Pentru filtrele trece-banda (fig. 3), parametrii caracteristici sunt: A_max, A_min, f_p1, f _p2,f_a1si f_a2. Mai trebuie mentionat ca, in general, forma acestor filtre permite scrierea relatiei:

             ( 2 )

unde f este frecventa centrala a filtrului. In cazul acestor tipuri de filtre k se defineste ca fiind raportul dintre:

( 3 )

Este evident ca pentru k tinzand la unu, forma filtrului se apropie de cea ideala.

O alta marime caracteristica pentru un filtru trece-banda simetric este largimea de banda relativa, definita ca:

( 4 )

La valori mici ale lui B (sub 0,1) se spune ca filtrul este de banda ingusta, iar cand B are valori mai mari (peste 0,5) filtrul este considerat de banda larga.

Parametrii caracteristici ai unui filtru trece-banda sunt figurati in figura

Pentru un filtru opreste-banda (fig. 4), expresiile benzii relative si ale selectivitatii sunt:

(5)

si respectiv:

(6)

Gabaritul unui filtru trece-jos sau trece-sus este complet definit daca sunt cunoscuti cei patru parametri. In practica, se utilizeaza in mod frecvent atenuarile A_max si A_min, frecventa de taiere, f_p, si selectivitatea k. In cazul filtrelor trece-banda sau opreste-banda simetrice este definit in intregime de cinci parametri. In proiectare se folosesc uzual atenuarile A_max si A_min, frecventa centrala f₀, selectivitatea k si largimea de banda relativa, B.

La proiectarea filtrelor de orice tip nu intereseaza numai atenuarea, ci si modul in care filtrul actioneaza asupra fazei diferitelor componente spectrale, deoarece, desi este posibil ca forma caracteristicii de atenuare sa se apropie de cea ideala, existenta unor defazaje diferite pentru diverse componente spectrale deformeaza semnalul. Pentru o transmisie nedeformata a unui semnal intarzierea produsa de filtru trebuie sa fie constanta (t >= 0).

In cazul unei componente spectrale de pulsatie w, intarzierea t, este echivalenta cu un defazaj: (7)

La un filtru trece-banda conditia aceasta este mai putin restrictiva si devine:

(8)

Pentru ca semnalul trecut prin filtru sa nu fie deformat va trebui indeplinita conditia:

(9)

Aceasta constanta reprezinta timpul de propagare de grup. Regularitatea timpului de intarziere de grup reflecta capacitatea sa de a transmite semnale tranzitorii nedeformate. Obtinerea unui filtru care sa satisfaca ambele deziderate in ceea ce priveste forma caracteristicii, atat de atenuare cat si de amplitudine, este o chestiune dificila, deoarece filtrele cu caracteristica de atenuare buna nu au o comportare corespunzatoare in ceea ce priveste timpul de intarziere de grup si invers, filtrele cu o caracteristica de timp de intarziere regulata, nu prezinta o caracteristica de atenuare prea buna.

In functie de compromisul ce trebuie realizat intre caracteristica de atenuare si caracteristica de timp de intarziere de grup, exista filtre de tipul Butterworth, Cebisev, Bessel, filtre trece-banda simplu acordate si multiplu acordate, filtre dublu T si T podit precum si filtre ce indeplinesc anumite cerinte speciale.

In continuare, se prezinta cateva tipuri de filtre. Tipul filtrului se determina simplu considerand condensatorul scurtcircuit la frecvente inalte.

Filtru pasiv trece-jos:

Circuitele de integrare sunt utilizate ca filtre trece-jos (fig.5), alimentate de la un generator de tensiune (iesirea in gol):

;

frecventa de taiere  (trec numai frecventele joase)

U₂ este defazata in urma lui U₁ cu j_b. Cu o singura celula se poate realiza un defazaj negativ cuprins intre 0 si 90

Filtru pasiv trece-sus:

Circuitele de derivare sunt utilizate ca filtre trece-sus (fig. 7), alimentate de la un generator de U:

f(superioara)>f₀ de taiere; (trec numai frecventele inalte)

Fig. 7

, U₂ este defazata inaintea lui U₁.

Filtre pasive trece-banda sau opreste-banda:

Se pot folosi combinatii intre o celula trece-jos (R₁C₁) cu una trece-jos (R₂C₂) - fig. 8, sau invers (fig. 9).

Se mai folosesc filtre dublu T (fig.10) sau T podit sau retele Wien. Sunt filtre foarte selective.