Проектирование импульсных устройств радиотехнических систем. Часть 1

 

 

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

Федеральное государственное автономное  

образовательное учреждение высшего образования 

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

Инженерно-технологическая академия 

 
 
 

В. Т. ЛОБАЧ  
О. А. УСЕНКО 

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ 

РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ 

 
 
 

Учебное пособие 

в двух частях 

 

Часть 1 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Ростов-на-Дону – Таганрог 

Издательство Южного федерального университета 

2023 
 

 

 

УДК 621.374 (075.8) 
ББК 32.847 я73 
        Л68 

Печатается по решению кафедры радиотехнических и 

телекоммуникационных систем Института радиотехнических 

систем и управления Южного федерального университета 

(протокол № 10 от 16 мая 2023 г.) 

Рецензенты: 

кандидат технических наук, доцент кафедры информатики Таганрогского 
института имени А. П. Чехова (филиал) «Ростовского государственного 

экономического университета (РИНХ)» Буланов С. Г. 

кандидат технических наук, доцент кафедры радиотехнических  
и телекоммуникационных систем Института радиотехнических  

систем и управления П. А. Дятлов 

Лобач, В. Т. 

Л68       Проектирование импульсных устройств радиотехнических систем : 

учебное пособие : в 2 ч. / В. Т. Лобач, О. А. Усенко ; Южный федеральный университет. – Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство 
Южного федерального университета, 2023.  

ISBN 978-5-9275-4475-2 
Часть 1. – 123 с. 
ISBN 978-5-9275-4476-9 (Ч.1) 
Учебное пособие включает описание этапов разработки импульсных 

устройств, рассматривает пути достижения требуемых технических характеристик. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 
11.05.01 «Радиолокационные системы и комплексы», 11.05.02 «Специальные радиотехнические системы», 11.05.04 «Инфокоммуникационные технологии и системы специальной связи», а также может быть полезно студентам, обучающимся 
по индивидуальным учебным планам, бакалаврам и магистрантам направления 
подготовки «Радиотехника». 

УДК 621.374 (075.8) 

 
 
 
 
 
 
 
 
ББК 32.847 я73 

ISBN 978-5-9275-4476-9 (Ч.1) 
ISBN 978-5-9275-4475-2 

© Южный федеральный университет, 2023 
© Лобач В. Т., Усенко О. А., 2023 
© Оформление. Макет. Издательство 
    Южного федерального университета, 2023 

СОДЕРЖАНИЕ 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИМПУЛЬСНЫХ ПРОЦЕССАХ ....................... 6 

1.1. Импульсный режим работы и его особенности ................................... 6 
1.2. Роль импульсной техники в радиоэлектронике ................................... 8 
1.3. Элементная база .................................................................................. 10 
1.4. Виды импульсов, используемые в импульсной технике ................... 12 

2. ЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ,  
МЕТОДЫ АНАЛИЗА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В НИХ ................... 16 

2.1. Методы анализа переходных процессов ................  ............................ 17 
2.2. Представление импульсов произвольной формы в виде линейной 
суперпозиции элементарных воздействий ...................  ............................ 20 
2.3. Воздействие скачка напряжения на линейные цепи .......................... 23 
2.4. Воздействие линейно-изменяющихся напряжений  
на RC- и RL-цепи ...........................................................  ............................ 26 
2.5. Воздействие экспоненциально-нарастающего напряжения  
на RC- и RL-цепи ...........................................................  ............................ 28 
2.6. Прохождение одиночных прямоугольных импульсов через  
RC-цепи ..........................................................................  ............................ 30 
2.7. Прохождение периодической последовательности  
прямоугольных импульсов через RC-цепь ...................  ............................ 33 
2.8. Напряжение на резисторе .......................................  ............................ 35 
2.9. Разделительная RC-цепь .........................................  ............................ 36 
2.10. Дифференцирующая (укорачивающая) RC-цепь  ............................ 38 
2.11. Дифференцирующая RL-цепь ..............................  ............................ 46 
2.12. Дифференцирующее звено на операционном усилителе (ОУ) ....... 48 
2.13. Интегрирующая (расширяющая) RC-цепь ..........  ............................ 51 
2.14. Интегрирующее звено на операционном усилителе (ОУ) ............... 56 
2.15. Прохождение прямоугольных импульсов через  
резистивно-емкостной делитель ...................................  ............................ 57 
2.16. Импульсные трансформаторы ..............................  ............................ 61 
2.17. Линии задержки импульсных сигналов ...............  ............................ 71 

3. ОГРАНИЧИТЕЛИ АМПЛИТУДЫ ИМПУЛЬСОВ .................................. 83 

3.1. Параллельные диодные ограничители ...................  ............................ 92 
3.2. Двусторонние диодные ограничители ...................  ............................ 97 
3.3. Последовательные двусторонние диодные ограничители ................ 98 

Содержание 

 

3.4. Использование стабилитронов в диодных ограничителях ................. 99 
3.5. Последовательные диодные ограничители со стабилитроном ........ 102 

4. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ ....................................................................... 114 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................. 121 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................ 122

ВВЕДЕНИЕ 

 
Учебное пособие написано на основе многолетнего опыта преподава
ния курса «Импульсные устройства» и руководства авторами курсовым и 
дипломным проектированием на кафедре «Радиотехнические и телекоммуникационные системы ИРТСУ ЮФУ». Учебное пособие предназначено для 
студентов специальностей 11.05.01, 11.05.02 и 11.05.04, а также для магистрантов и студентов, обучающихся по индивидуальным планам подготовки. При его составлении использовался также опыт по проектированию и 
расчету импульсных устройств, накопленный на кафедре в процессе выполнения хоздоговорных научно-исследовательских работ. 

В учебном пособии, наряду с традиционным изложением сведений о 

простых 
импульсных 
цепях 
(резистивно-емкостных 
и 
резистивно
индуктивных цепях, ограничителях, фиксаторах уровня, ключах и др.), 
большое внимание уделено вопросам построения и функционирования 
устройств на современной элементной базе. 

В каждом разделе приводятся краткие теоретические сведения, ука
зываются основные характеристики импульсных устройств и их особенности, дается краткое описание принципов их работы и приводятся основные 
соотношения, необходимые для расчетов. 

Ограниченный объем учебного пособия делает необходимым ком
промисс между детальным изложением и широтой охвата проблематики. 
При этом для эффективного усвоения настоящего курса необходимы знания основ математического анализа, теории радиотехнических цепей и сигналов, электронных и полупроводниковых приборов, усилительных 
устройств. 
 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИМПУЛЬСНЫХ ПРОЦЕССАХ 

1.1. Импульсный режим работы и его особенности 

Импульсные устройства представляют собой изделие радиоэлектро
ники, способ функционирования которого связан с генерированием, передачей или (и) преобразованием импульсных сигналов. К импульсным 
устройствам относятся большинство узлов телевизионной и радиолокационной аппаратуры, а также современных средств связи, управления, вычислительной техники. 

Эта весьма обширная группа радиоэлектронных устройств разнооб
разного назначения работает в импульсном режиме. Такие устройства подвергаются воздействию электрических сигналов (радиосигналов) не непрерывно (в течение всего времени работы устройств), а прерывисто. При этом 
прерывистая структура импульсных сигналов составляет принципиальную 
основу полезных функций устройства, работающего в импульсном режиме. Проиллюстрируем это некоторыми примерами. 

Простейшим импульсным сигналом является одиночный электриче
ский импульс – ограниченное по времени отклонение напряжения (тока) от 
начального уровня [1, 2, 3]. Исторически впервые сигналы подобного типа 
нашли применение в телевидении для формирования изображения, поэтому 
их стали называть видеоимпульсами в отличие от радиоимпульсов, где импульсный характер имеет огибающая квазигармонического высокочастотного колебания. 

На рис. 1, а в качестве примера изображена огибающая простейшего 

импульсного сигнала, используемого в радиолокации, для измерения дальности до обнаруживаемого объекта. Дальность пропорциональна интервалу 
времени Т между моментами излучения радиолокатором зондирующего 
радиоимпульса (чему соответствует огибающая импульса 1) и приема отраженного от объекта радиоимпульса (чему соответствует огибающая импульса 2). Следовательно, информация о дальности содержится в паузе 
между импульсами, которые в своей совокупности образуют импульсный 
сигнал. 

На рис. 1, б изображен кодированный импульсный сигнал в виде серии 

из трех импульсов. 

 

1.1. Импульсный режим работы и его особенности 

7 

а

б

t

1

2

Т

t

Т1
2
Т

в

t
25
24
23
22
21
0
2

 

Рис. 1. Кодированный импульсный сигнал 

 
Серия импульсов строится по некоторому условному коду, определя
емому, в частности, той или иной расстановкой импульсов в серии; варьируемые интервалы Т1 и Т2 выражают то или иное сообщение, заключенное в 
кодированном сигнале. Такого вида сигналы применяются в радиотелеуправлении для передачи команд управления, в устройствах опознавания 
принадлежности самолетов и кораблей и для других целей. 

Показанный на рис. 1, в позиционно-импульсный сигнал применяется 

в цифровых вычислительных машинах и цифровых автоматах. Такой сигнал выражает в двоичной системе счисления то или иное число N. Так, на 

1. Общие сведения об импульсных процессах 

8 

рис. 1, в число N = 125 + 024 + 123 + 122 + 0 21 + … + 120 =32 + 0 + 8 + 4 + 
+ 0 + 1 = 45, где единице соответствует импульс большой амплитуды, а нулю – малой. 

С понятием импульс интуитивно связывается представление о малой 

его длительности. Но кратковременность импульса не только абсолютная, 
но и относительная характеристика длительности импульсов. Длительность 
применяемых импульсов весьма различна. 

В импульсной технике проявляется тенденция к укорочению импуль
сов, обусловленная стремлением повысить быстродействие устройств 
(например, ЦВМ) или разрешающую способность устройств (например, 
радиолокаторов). В этом смысле нас может интересовать абсолютная величина длительности импульсов. 

1.2. Роль импульсной техники в радиоэлектронике 

Импульсный режим работы позволяет осуществить огромную кон
центрацию энергии во времени на основе такого принципа работы: в течение длительного интервала времени между импульсами осуществляется 
медленное запасание энергии (в специальных накопительных элементах генераторного устройства), получаемой от источника небольшой мощности, после чего производится быстрая локализация накопленной энергии в 
нагрузочном элементе в течение короткого времени действия рабочего 
импульса. С трансформацией времени запасания и реализации накопленной 
энергии связана соответствующая трансформация мощности. Таким путем 
удается получить импульсную мощность, во много раз большую мощности 
источника питания. 

Импульсные режимы работы играют важную роль в радиоэлектрони
ке. Импульсный метод работы позволил найти принципиальное и вместе с 
тем простое решение такой важной задачи, как измерение расстояний с помощью радиоволн, что обусловило развитие импульсной радиолокации. 
Этот же принцип используется в радионавигации (в импульсных системах 
самолетовождения и определения высоты полета). Импульсные методы работы позволяют осуществить кодированную радиосвязь, отличающуюся 
высокой скрытностью и помехозащищенностью, а также многоканальную 
связь на одной несущей частоте (с разделением каналов по времени). Широко используются импульсные режимы работы в телевидении, где сигна

1.2. Роль импульсной техники в радиоэлектронике 

9 

лы изображения и синхронизации являются импульсными, в радиотелеуправлении летательными аппаратами, в космической радиоэлектронной и 
электронной аппаратуре, в информационно-измерительной технике и при 
разнообразных исследованиях в различных областях науки и техники. 

Важную определяющую роль играют импульсные методы работы в 

современных ЦВМ и разнообразных цифровых автоматах, используемых 
не только для выполнения вычислений, но и для решения логических задач 
при автоматической обработке информации. 

Развитие автоматических методов обработки информации тесно свя
зано с развитием быстродействующих ЭВМ и цифровых автоматов на основе широкого использования полупроводниковых приборов и высоконадежных микроэлектронных схем, также работающих в импульсном режиме. 

По назначению импульсные устройства делятся на силовые и инфор
мационные. В силовых импульсных устройствах сигнал (обычно последовательность прямоугольных импульсов) используется для передачи энергии исполнительному устройству (например, электродвигателю). При этом 
достигается ситуация, когда большая мгновенная мощность сигнала на интервале действия импульса сочетается с относительно малой его средней 
мощностью (пропорциональной коэффициенту заполнения). 

В информационных импульсных устройствах сигнал служит для пе
редачи информации. Его мощность не играет решающей роли, необходимо 
лишь обеспечить заданную точность и надежность передачи в условиях 
внешних дестабилизирующих воздействий, внутренних шумов и прочих 
помех. По своей распространенности и многообразию информационные 
импульсные устройства имеют существенный приоритет над силовыми. 

В зависимости от характера модуляции информативных параметров 

импульсные устройства делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых 
устройствах, называемых обычно просто импульсные устройства, информативные параметры могут принимать произвольные значения на некотором интервале, т.е. имеется бесконечное множество допустимых значений 
сигнала. В цифровых импульсных устройствах используется конечное фиксированное множество различимых значений информативного параметра. 
Отдельные элементы этого множества кодируются цифрами в соответствующей системе счисления. Такой кодированный сигнал называют цифровым, связывая с ним абстрактную переменную, принимающую цифровые 

1. Общие сведения об импульсных процессах 

10 

значения. Наибольшее распространение получили бинарные цифровые 
сигналы, информативный параметр которых может принимать два различных значения, кодируемых цифрами 0 и 1. Соответствующую абстрактную 
переменную, принимающую значения 0 и 1, называют бинарной, двоичной 
или булевой. 

Цифровой сигнал называют потенциальным, когда в качестве потен
циального параметра используется мгновенное значение напряжения. При 
этом изменению значения двоичной переменной, например, с нуля до единицы, соответствует скачкообразное изменение напряжения. В общем же 
случае потенциальный цифровой сигнал представляет собой последовательность прямоугольных импульсов. В настоящее время потенциальные 
бинарные сигналы используются в подавляющем большинстве в цифровых 
импульсных устройствах, являющихся базой для вычислительной техники 
и дискретной автоматики. 

1.3. Элементная база 

Современная информационная импульсная техника основана на по
лупроводниковой элементной базе. Применяют различные типы дискретных (т.е. поставляемых электронной промышленностью в виде электронных изделий) приборов: диоды, биполярные транзисторы, униполярные с 
p–n-переходом и МДП транзисторы, приборы с отрицательным сопротивлением (туннельные диоды, тиристоры, однопереходные транзисторы  
и др.). В импульсной технике электронные приборы используют для усиления импульсных сигналов и как средство коммутации электрических цепей. Ввиду того, что коммутационные свойства электронных приборов 
определяются нелинейностью их вольт-амперных характеристик, электрические модели таких приборов, применяемых в импульсной технике, являются принципиально нелинейными. 

Наряду с дискретными компонентами широкое распространение в 

импульсной технике находят интегральные микросхемы, позволяющие 
уменьшить габаритные размеры, массу, стоимость электронной аппаратуры, повысить точность и надежность ее функционирования, автоматизировать процессы сборки. Обычно интегральная схема представляет собой законченный функциональный элемент или совокупность (матрицу) однотипных функциональных элементов. Поскольку стоимость изделий микро