CIRCUITE ELEMENTARE DE PRELUCRARE A IMPULSURILOR

1. Scopul lucrarii consta in studierea comportarii unor circuite de prelucrare liniara a impulsurilor precum si a functionarii unor circuite de axare si de limitare cu diode; de asemeni, se urmareste insusirea deprinderii de utilizare a osciloscopului in scopul masurarii parametrilor impulsurilor.

2. Circuitul serie, cu iesirea pe rezistenta, reprezentat in fig.1.a, are comportari diferite in functie de raportul dintre constanta de timp a circuitului t si durata impulsurilor () si a intervalului () dintre impulsurile aplicate la intrare, situatii reprezentate in fig.1.b.

Astfel, daca << , impulsurile de la iesire au forma din fig.1.c si sunt caracterizate prin:

= (1)

= 2,3 (pentru = 0,1) (2)

In acest caz, circuitulse comporta ca un circuit de derivare (de diferentiere) a impulsurilor.

Daca >> , in regim stationar, se obtine, la iesire, forma de unda din fig.1.d, in care: (3), (4), (5).

Se considera ca, practic, impulsurile nu-si schimba forma, circuitul comportandu-se ca un circuit de trecere (de cuplaj).

In cazul in care constanta de timp este comparabila cu si , in regim stationar, se obtine forma de unda din fig.1.e, tensiunile si fiind dependente de constanta de timp =, de intervalele de timp si caracteristice impulsurilor de la intrare si de amplitudinea a acestora.

In toate cazurile, in regim stationar, impulsurile de la iesire (de pe rezistenta) au componenta nula, componenta continua a impulsurilor de la iesire ramanand pe capacitate.

3. In cazul circuitului de derivare, pentru impulsuri caracterizate prin intervale de timp si relativ mici, indeplinirea conditiei << se realizeaza mai greu. Micsorarea valorilor elementelor circuitului, , are ca efect cresterea ponderii elementelor parazite (capacitatea de intrare, , care apare in paralel pe rezistenta si rezistenta interna a generatorului de semnal, , ce apare in serie cu capacitatea

In acest caz, pentru circuitul de derivare real, reprezentat in fig.2.a, se va constata atat o micsorare a amplitudinii impulsurilor cat si a duratei lor. De asemeni, asa cum se vede in fig.2.c, impulsurile derivate vor avea un front diferit de zero, determinat, practic, de constanta de timp

Rezulta necesitatea indeplinirii conditiilor: >> si >> (5) (adica elementele adaugate in circuit sa fie mult mai mari decat elementele parazite, deja prezente), conditii cu un grad de generalitate mare pentru circuite electronice de impulsuri.

4. Circuitul serie, cu iesirea pe capacitate, reprezentat in fig.3.a, se comporta ca un circuit de integrare, fig.3.c, in cazul in care constanta de timp a circuitului, = , este mare in comparatie cu durata impulsurilor de intrare () si cu intervalul de timp dintre ele (), precizate in fig..3.b.

Marimile caracteristice tensiunii de iesire a circuitului de integrare vor fi: (6) (7).

In cazul in care constanta de timp este foarte mica in comparatie cu si , impulsurile de la iesire, asemanatoare celor de la intrare, vor fi deformate prin aparitia fronturilor finite, ca in fig.3.d; se obtin relatiile: = = 2,3 = 2,3

Pentru circuitul de integrare, rezistenta generatorului de semnal nu afecteaza functionarea (este in serie cu rezistenta de integrare); in schimb, rezistenta de intrare a etajului urmator, , modifica atat tensiunea continua de pe capacitate cat si constanta de timp a circuitului, conform relatiilor: (9) , (10).

5. Pentru reducerea amplitudinii impulsurilor vizualizate pe osciloscop, se foloseste un divizor compensat, a carui schema este reprezentata in fig.4, unde si reprezinta, de obicei, rezistenta de intrare (de ordinul a 1 MW) respectiv capacitatea de intrare (de circa 10 30 pF) ale osciloscopului.

La aplicarea unui salt treapta de tensiune, de valoare , tensiunea de iesire va avea expresia: (11) cu = (

In functie de raportul (care da saltul initial al tensiunii de iesire) si de raportul (care da valoarea finala a tensiunii de iesire) se obtin urmatoarele cazuri, reprezentate in fig.5:

- ₁ = 0 : divizor necompensat (fig.5.a);

- < : divizor subcompensat (fig.5.b);

- > : divizor supracompensat (fig.5.c);

- : divizor compensat.

Utilizarea divizorului compensat de impulsuri prezinta si avantajul unei capacitati echivalente de valoare redusa, ceea ce are importanta la vizualizarea unor fenomene rapid variabile in timp.

6. Pentru modificarea componentei continue a impulsurilor de la iesire, se poate folosi un circuit de axare, de tipul celui din fig.6.a, in care, daca se indeplineste conditia: = >> , la impulsurile de comanda din fig.6.b, aplicate la intrare, se obtine raspunsul din fig.6.c (s-a presupus ca dioda este ideala, altfel apare o translatare suplimentara a componentei continue cu

7. Circuitele de limitare cu diode pot realiza limitare inferioara, superioara sau bilaterala, asa cum se vede in caracteristicile de transfer, (), reprezentate in fig.7, a, b si c.

Din punct de vedere practic, circuitele de limitare cu diode se pot realiza in variante serie sau in variante paralel (fiind posibile, pentru limitatoarele bilaterale si variante combinate), asa cum se vede in fig.9.

Parametrii cei mai importanti ai unui limitator cu diode sunt: tensiunea (sau tensiunile) de prag, panta caracteristicii de transfer in zona de limitare (care trebuie sa fie cat mai aproape de zero), panta caracteristicii de transfer in zona liniara (care trebuie sa fie cat mai aproape de 1) precum si viteza de comutare in cazul aplicarii unor semnale rapid variabile.

Circuitele de limitare care se testeaza in cadrul lucrarii sunt desenate in fig.9.

DESFASURAREA LUCRARII

1. Se identifica circuitul din fig.8 pentru testarea circuitelor liniare si a circuitului de axare.

2. Pentru = 5 V, = 10 nF, = 10 kW se calculeaza marimile ce caracterizeaza formele de unda conform diagramelor de timp din fig.1 si fig.3, pentru urmatoarele valori ale intervalelor de timp si

a) = 100 msec; = 200 msec;

b) = 10 msec    ; = 20 msec;

c) = 1 msec; = 2 msec;

3. Folosind montajul din fig.8 se vor efectua urmatoarele masuratori:

3.1 Circuitul cu = 10 kW si = 10 nF este comandat in serie de un generator de semnale dreptunghiulare cu rezistenta cat mai mica. Se masoara tensiunea de pe rezistenta (intre borna 3 si borna 1, de masa, cu borna 4 la masa si cu intrarea la borna 2) si tensiunea de pe capacitate (intre bornele 3 si 1, cu borna 2 la masa si cu intrarea la borna 4) pentru forme de unda de comanda cu parametrii de la punctul precedent. Parametrii masurati ai impulsurilor se compara cu valorile calculate la punctul 2.

3.2 Pentru circuitul de derivare din fig.2.a, se introduce o capacitate = 1 nF in paralel cu rezistenta (borna 6 se cupleaza cu borna 3) si se masoara impulsurile obtinute la iesire (amplitudine, durata, front);

3.3 In aceleasi conditii, se aplica impulsurile de comanda la borna 5 (introducand =1 kW) si se repeta masuratorile. Rezultatele de la punctele 3.2 si 3.3 se compara cu rezultatele teoretice ce se vor calcula pentru circuitele respective cu valorile numerice date in lucrare;

3.4 Pentru circuitul de integrare din fig.3.c, se introduce o rezistenta de sarcina =30 kW (borna 7 la borna 3) si se masoara tensiunile si , comparandu-le cu valorile calculate cu relatiile (9) si (10).

4. Se experimenteaza divizorul de impulsuri din fig.4. Se calculeaza valorile initiala () si finala () ale tensiunii de iesire pentru = 5 V, = 1 kW = 1 nF; = 50 pF; = 200 pF si = 100 pF.

Se vizualizeaza formele de unda obtinute la iesire atunci cind la intrare se aplica impulsuri de amplitudine = 5 V si cu durata si perioada suficient de mari; se vor realiza cele patru situatii din fig.5 si se compara rezultatele cu cele teoretice.

Se regleaza divizorul compensat al unei sonde de osciloscop cu raport de divizare a impulsurilor de 10:1.

5. Se realizeaza circuitul de axare din fig.6 cu = 0 (bornele 8 si 3 impreuna, borna 4 la masa si intrarea la borna 2); se aplica impulsuri cu parametrii de la punctul 2, de amplitudine 5 V si se deseneaza formele de unda de la iesire pentru fiecare caz in parte, punand in evidenta si componenta continua a impulsurilor.

6. Se vizualizeaza pe osciloscop caracteristicile de transfer ale circuitelor de limitare din fig.9. Pentru aceasta, se conecteaza la intrare un generator de semnal sinusoidal de frecventa 1 kHz si cu amplitudine mai mare decat = 3 V; semnalul de la intrare se aplica pe intrarea X a osciloscopului iar semnalul de la iesire pe intrarea Y a osciloscopului. Se va lua = 10 kW

7. Unuia dintre limitatoarele bilaterale i se aplica semnal sinusoidal de frecventa 1 kHz si se vizualizeaza forma de unda de la iesirea circuitului; se masoara fronturile impulsurilor obtinute si se studiaza influenta amplitudinii semnalului de la intrare asupra acestora.

Se mareste frecventa semnalelor de comanda si se constata influenta acesteia asupra formelor de unda de la iesire.

Se aplica circuitului de limitare superioara cu dioda serie impulsuri caracterizate prin = 5V, = = 5 msec si se masoara fronturile impulsurilor obtinute la iesire.

8. Sa se compare limitatoarele de tip serie cu cele de tip paralel din punct de vedere al performantelor pe care trebuie sa le realizeze, performante precizate la punctul 7.