Электрический импульс

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.

Характеристики импульсовПравить

Форма импульсовПравить

Перекрывающиеся во времени радиоимпульсы прямоугольной формы

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 импульсовПравить

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 импульсовПравить

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.

Многократные импульсыПравить

Импульсные посылки (серии импульсов)Править

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 последовательностиПравить

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.

Импульсы как носители информацииПравить

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 импульсовПравить

Одиночные импульсыПравить

Разовые команды для управления каким-либо устройством (обычно прямоугольные)
Разовые сигналы, генерируемые устройством при наступлении какого-либо события

Периодические последовательностиПравить

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 последовательностиПравить

Импульсные сигналы измерительной информации
Псевдослучайные (хаотические) импульсные последовательности для тестирования аппаратуры или каналов связи

Одиночные посылки (серии)Править

Набор номера в импульсном телефонном аппарате
Коды идентификации, аутентификации для электронных замков и т. д.
Разовая информация в системах сигнализации

Последовательности посылокПравить

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

ВидеоимпульсыПравить

Аналоговый сигнал изображения в телевизорах, видеомагнитофонах, мониторах
Эхо-сигнал в приёмных устройствах радиолокаторов и импульсных дефектоскопов

Примеры возникновения электрических импульсов в природеПравить

Импульсы от разрядов атмосферного электричества
Нервные импульсы в живом организме
Импульсы от разрядов электрических рыб

ЛитератураПравить

Петрович, Козырев. Генерирование и преобразование электрических импульсов — М.: Сов. радио, 1954
Справочник по радиоэлектронным устройствам: Т. 1; Под ред. Д. П. Линде — М.: Энергия, 1978
Яковлев В. Н. и др. Справочник по импульсной технике — Киев: Техника, 1970
Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов: Учебник для вузов — 2006