Elektrische und zeitliche Parameter von Rechteckimpulsen

Sie werden üblicherweise als periodische und nichtperiodische Signale bezeichnet, deren Form sich von sinusförmigen Impulssignalen unterscheidet... Die Prozesse der Erzeugung, Umwandlung sowie Fragen zur praktischen Anwendung von Impulssignalen beziehen sich heute auf viele Bereiche der Elektronik.

So ist beispielsweise kein modernes Netzteil vollständig ohne einen auf seiner Leiterplatte angebrachten Rechteckgenerator, beispielsweise auf der Mikroschaltung TL494, der Impulsfolgen mit für die aktuelle Last geeigneten Parametern erzeugt.

Da Impulssignale eine unterschiedliche Form haben können, nennt man sie unterschiedliche Impulse entsprechend einer ähnlichen geometrischen Form: Rechteckimpulse, Trapezimpulse, Dreieckimpulse, Sägezahnimpulse, Stufenimpulse und Impulse verschiedener anderer Formen. Mittlerweile handelt es sich genau um Rechteckimpulse. Ihre Parameter werden in diesem Artikel betrachtet.

Natürlich ist der Begriff „Rechteckimpuls“ etwas willkürlich. Aufgrund der Tatsache, dass es in der Natur nichts Perfektes gibt, so wie es auch keine perfekt rechteckigen Impulse gibt.Tatsächlich kann ein realer Impuls, der üblicherweise als Rechteckimpuls bezeichnet wird, aufgrund sehr realer kapazitiver und induktiver Faktoren auch oszillierende Wellen aufweisen (in der Abbildung als b1 und b2 dargestellt).

Diese Emissionen können natürlich fehlen, aber es gibt elektrische und zeitliche Parameter der Impulse, die unter anderem „die Unvollkommenheit ihrer Rechtwinkligkeit“ widerspiegeln.

Ein Rechteckimpuls hat eine bestimmte Polarität und einen bestimmten Betriebspegel. Am häufigsten ist die Polarität des Impulses positiv, da die meisten digitalen Mikroschaltungen von einer positiven Spannung im Verhältnis zum gemeinsamen Draht gespeist werden und daher der Momentanwert der Spannung im Impuls immer größer als Null ist.

Aber es gibt zum Beispiel Komparatoren, die mit bipolarer Spannung betrieben werden; In solchen Schemata finden Sie bipolare Impulse. Im Allgemeinen werden integrierte Schaltkreise mit negativer Polarität nicht so häufig verwendet wie herkömmliche integrierte Schaltkreise mit positiver Versorgung.

In einer Impulssequenz kann die Betriebsspannung des Impulses niedrig oder hoch sein, wobei ein Pegel im Laufe der Zeit einen anderen ersetzt. Der niedrige Spannungspegel wird mit U0 bezeichnet, der hohe Pegel mit U1. Man nennt den höchsten Momentanwert der Spannung in einem Impuls Ua oder Um, bezogen auf die Anfangshöhe der Impulsamplitude.

Entwickler von Impulsgeräten arbeiten häufig mit aktiven Impulsen mit hohem Pegel, wie dem links gezeigten. Manchmal ist es jedoch praktisch ratsam, Impulse mit niedrigem Pegel als aktive Impulse zu verwenden, deren Ausgangszustand ein hoher Spannungspegel ist. In der Abbildung rechts ist ein Impuls mit niedrigem Pegel dargestellt. Einen Impuls auf niedriger Ebene als „negativen Impuls“ zu bezeichnen, ist Analphabet.

Der Spannungsabfall in einem Rechteckimpuls wird als Front bezeichnet und stellt eine schnelle (zeitlich der Zeit des Übergangsprozesses im Stromkreis entsprechende) Änderung des elektrischen Zustands dar.

Die Steigung von niedrig nach hoch, also eine positive Steigung, wird als Vorderflanke oder einfach als Flanke des Impulses bezeichnet. Die Steigung von hoch nach niedrig oder negativ wird als Beschneidung, Steigung oder einfach als Rückflanke bezeichnet der Puls.

Das vordere Ende wird im Text mit 0,1 oder schematisch _ | bezeichnet, das letzte mit 1,0 oder schematisch | _.

Abhängig von den Trägheitseigenschaften der aktiven Elemente dauert der Übergangsprozess (Ausfall) in einem realen Gerät immer eine endliche Zeit. Daher umfasst die Gesamtimpulsdauer nicht nur die Existenzzeiten der hohen und niedrigen Pegel, sondern auch die Dauerzeiten der Flanken (ansteigende und nachlaufende), die mit Tf und Tav bezeichnet werden. In fast jedem einzelnen Diagramm ist die Anstiegs- und Abfallzeit mit zu sehen Oszilloskop.

Da in der Realität die Zeitpunkte des Beginns und des Endes der Transienten in den Tropfen nicht einfach und genau zu unterscheiden sind, ist es üblich, die Dauer des Abfalls als das Zeitintervall zu betrachten, in dem sich die Spannung von 0,1 Ua auf 0,9 Ua ändert ( Vorderseite) oder von 0,9Ua bis 0,1Ua (Schnitt). Dies gilt auch für die Frontsteilheit Kf und die Schnittsteilheit Ks. werden nach diesen Grenzzuständen eingestellt und in Volt pro Mikrosekunde (V/μs) gemessen. Die Dauer des Impulses wird als Zeitintervall bezeichnet, gezählt ab dem Pegel 0,5Ua.

Wenn die Prozesse der Bildung und Erzeugung von Impulsen als Ganzes betrachtet werden, wird davon ausgegangen, dass Front und Clipping eine Dauer von Null haben, da diese kleinen Zeitintervalle für grobe Berechnungen nicht kritisch sind.

Impulsfolge – das sind in einer bestimmten Reihenfolge aufeinander folgende Impulse. Sind die Pausen zwischen den Impulsen und die Dauer der Impulse in der Folge einander gleich, handelt es sich um eine periodische Folge. Die Pulswiederholungsperiode T ist die Summe aus der Pulsdauer und der Pause zwischen den Pulsen in der Sequenz. Die Pulswiederholungsrate f ist der Kehrwert der Periode.

Periodische Folgen von Rechteckimpulsen zeichnen sich neben der Periode T und der Frequenz f durch mehrere zusätzliche Parameter aus: Tastverhältnis DC und Tastverhältnis Q. Tastverhältnis ist das Verhältnis der Dauer des Impulses zu seiner Periode.

Wellness Das Verhältnis der Periode des Pulses zur Zeit seiner Dauer. Eine periodische Folge mit einem Tastverhältnis Q = 2, also eine Folge, bei der die Impulsbreite gleich der Pausenzeit zwischen den Impulsen ist oder bei der das Tastverhältnis DC = 0,5 beträgt, wird als Rechteckwelle bezeichnet.