Elektronika

Maturitní otázky

OBVODY PRO TVAROVÁNÍ A POROVNÁVÁNÍ AMPLITUDY, OBVODY PRO ÚPRAVU ČASOVÉHO PRŮBĚHU SIGNÁLŮ

44.OBVODY PRO TVAROVÁNÍ A POROVNÁVÁNÍ AMPLITUDY, OBVODY PRO ÚPRAVU ČASOVÉHO PRŮBĚHU SIGNÁLŮ

Obvody pro lineární i nelineární tvarování signálů, resp. úpravu časového průběhu podle velikosti některých jejich parametrů.

                Přivedeme-li napětí sinusového průběhu na vstup obvodu, který je vytvořen ze součástek s lineární voltampérovou charakteristikou je tvar výstupního napětí rovněž sinusový, i když amplituda i fáze výstupního napětí se může lišit od vstupního. Zde se však budeme zabývat i případy, kdy na vstup přivedeme napětí nesinusového průběhu, které tedy obsahuje vyšší harmonické složky. Každá harmonická složka výstupního napětí pak může mít jinou amplitudu a fázi a výstupní napětí může tedy mít tvar odlišný od vstupního.

                Při nelineárním tvarování se používá součástek s nelineární voltampérovou charakteristikou.

                Do kategorie obvodů pro lineární tvarování spadají elektrické kmitočtové filtry. Jsou to obvody, které přenášejí střídavé proudy sinusového průběhu v jednom kmitočtovém pásmu s nepatrným útlumem, v jiném s útlumem značným. Následující obrázky podávají dostatečný přehled o zapojeních a charakteristikách elektrických kmitočtových filtrech. Připomeňme jen, je udáván útlum, což je převrácená hodnota přenosu

Obr. 1. Příklad útlumové charakteristiky a zapojení dolní propusti ve tvaru článků p a T

Obr. 2. Příklad útlumové charakteristiky a zapojení horní propusti

Obr. 3. Příklad útlumové charakteristiky a zapojení pásmové propusti

Elektromechanické filtry jsou sestaveny ze součástek elektrických i mechanických. Dosahují takových parametrů, jakých se při použití čistě elektrických součástek dosáhnout nedá. Používají piezoelektrické nebo magnetostrikční měniče, se kterými jsme se setkali u elektroakustických měničů. Jejich prostřednictvím převedou elektrický signál na mechanické kmity, z nichž vhodným mechanickým rezonátorem vyberou požadovaný kmitočet či kmitočtové pásmo a v dalším měniči zpětně převedou mechanické kmity opět na elektrické.

                Nyní se raději zaměříme na obvody pro nelineární tvarování signálů a obvody pro porovnávání velikosti amplitudy signálů. Na obr. 6 až 9 vidíme omezovače amplitudy. Jsou to obvody, které dávají výstupnímu napětí konstantní velikost po překročení určité hranice (tzv. hladiny omezení) vstupním napětím.

Obr. 6. Diodové omezovače amplitudy

Obr. 7. Oboustranné omezovače amplitudy

Obr. 8. Jednoduchý tranzistorový omezovač

Obr. 9. Tranzistorový omezovač s předpětím

                Amplitudové komparátory jsou obvody, u kterých se na výstupu objeví signál po dosažení rovnosti vstupního a referenčního napětí. Jejich možná provedení vidíme na obr. 10 až 12.

Obr. 12. Provedení komparátoru napětí s operačním zesilovačem

                Nyní se zaměřím na obvody pro úpravu časového průběhu signálů. Časový průběh signálů je těmito obvody ovlivňován změnou tvaru, výběrem, či časovým posunutím.

                Jako Komplexní lineární dvojbrany jsme popisovali integrační a derivační články. Jejich přenosové vlastnosti jsme však vyšetřovali pro čistě sinusový průběh vstupních veličin. Zde poznáme, jak tyto články upravují signály obdélníkového průběhu.

Obr. 13. Integrační článek RC a ukázka jeho působení na signál obdélníkového průběhu

Pro integrační článek podle II. Kirchhoffova zákona platí

Pro napětí u_R platí

a pro napětí u_C platí

                                       (Tento vztah se v literatuře uvádí s odvoláním na Základy elektrotechniky)

platí tedy

pokud je  (a tedy R®¥ a C®¥), pak člen  lze zanedbat a

a tedy

Napětí u_C je zároveň výstupním napětím u₂

dosadíme za i

a konečně dostáváme

Vidíme tedy, že výstupní napětí je integrálem vstupního napětí podle času. Tato integrace je na úkor amplitudy. Udává se podmínka dobré integrace. Obvod je považován za dobře integrující, pokud jeho časová konstanta je alespoň pětkrát větší než délka trvání vstupního impulsu.

Je samozřejmé, že stejné vlastnosti vykazuje integrační obvod RL.

Obr. 14. Derivační článek RC a ukázka jeho působení na signál obdélníkového průběhu

Pro derivační článek podle II. Kirchhoffova zákona platí

pro napětí u_R platí

a pro napětí u_C platí

platí tedy

pokud je  (pak tedy R®0 a C®0), můžeme člen iR zanedbat a pak

rovnici derivujeme podle dt a dostáváme

pak tedy

Podle Ohmova zákona je

a tak tedy

Vidíme tedy, že výstupní napětí je derivací vstupního podle času. Udává se podmínka dobré derivace. Obvod je považován za dobře derivující, je-li jeho časová konstanta alespoň pětkrát menší než délka vstupního impulsu.

Je samozřejmé, že stejné vlastnosti vykazuje derivační článek RL.

                V osciloskopech a zvláště v barevných televizorech se setkáváme s požadavkem časového zpoždění impulsů. Ke zpoždění o krátkou dobu se využívá zpoždění vzniklé konečnou rychlostí šíření impulsů po vedení. Zpoždění je závislé na indukčnosti a kapacitě vedení

                Jako jakostní zpožďovací vedení se používá koaxiální (souosý) kabel.

                V barevných televizorech se pro zpoždění o 64 ms používají skleněné ultrazvukové linky. Používají piezoelektrické měniče. Signál se ve skleněném hranolu několikrát odrazí od jeho stěn.

Další obvody patřící k této otázce jsou klopné obvody – Shmittův , Astabilní, Monostabilní klopný obvod, generátory nesinusových průběhů – můžeme nalézt v několika dalších otázkách, proto je zde neuvádím.