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Impulstechnik Die als Teilgebiet der Elektrotechnik beschäftigt sich mit der Erzeugung Formung übertragung und Verarbeit

Impulstechnik

Die Impulstechnik als Teilgebiet der Elektrotechnik beschäftigt sich mit der Erzeugung, Formung, Übertragung und Verarbeitung von Strom- und Spannungsimpulsen. Sie ist ein Spezialgebiet der Elektronik und kann als „Bindeglied“ zwischen Analogtechnik und Digitaltechnik betrachtet werden.

Historisches Bearbeiten

Mit der aufkommenden Technik der Elektronenröhren entstanden auch die ersten impulstechnischen Anwendungen. Das waren z. B. die (multistabilen) Kippstufen und ihre Nutzung in Zählern.

Mit der Radar- und Fernsehtechnik erreichte die Impulstechnik ihren Höhepunkt. Wie in allen Gebieten der Elektronik wurde auch hier bald die Elektronenröhre durch den Transistor verdrängt.

Aktuell wird die klassische Impulstechnik in vielen Einsatzgebieten durch ihre moderne Form, die Digitaltechnik, abgelöst. Dabei beschränken sich die Methoden der Impulstechnik nur noch auf die Realisierung der speziellen digitalen Baustufen, wie Logikgatter, Analog-Digital-Umsetzer, Digital-Analog-Umsetzer, Impulsregenerierung und Impulsübertragung.

Impulse Bearbeiten

Begriffe Bearbeiten

Unter einem Impuls versteht man in der Elektrotechnik einen einzelnen zeitlich begrenzten stoßartigen Strom-, Spannungs- oder Leistungsverlauf. Eine sich periodisch wiederholende Impulsfolge wird dagegen als Puls bezeichnet,

Impulse werden grob nach ihrer Form klassifiziert. Man spricht vom Rechteckimpuls, Nadelimpuls, Dreieckimpuls, Glockenimpuls, Wellenpaket usw.

Kenngrößen Bearbeiten

Der ideale Rechteckimpuls ist nicht möglich; seine Form wird bei der Erzeugung und Übertragung verzerrt. Praktisch hat er eine endliche Flankensteilheit (charakterisiert durch die Anstiegs- und Abfallzeit) und zeigt oft ein Überschwingen. Beim Puls kommen als Hauptkenngrößen die Impulsfolgefrequenz und der Tastgrad hinzu. Schwankungen bei den Impulsabständen nennt man Jitter.

Mathematische Behandlung Bearbeiten

Da die aktiven Elemente der Impulstechnik im Wesentlichen nichtlinear sind, gibt es auch keine geschlossene mathematische Methode zu deren Behandlung. Bei der Nutzung von (meist passiven) linearen Bauelementen können allerdings die Theorien der Fourier-Reihen, der Fourier-Transformation und der Laplace-Transformation genutzt werden. Auch die Theorie der Abtastsysteme ist für die Impulstechnik von Nutzen.

Die Ausbreitung von Impulsen entlang elektrischer Leitungen und die dabei auftretenden Reflexionen an den Kabelenden lassen sich mit den Methoden der Leitungstheorie, in einfachen Fällen mit Hilfe eines Impulsfahrplans oder des Bergeron-Verfahrens beschreiben.

Bauelemente Bearbeiten

Einerseits stellt die Impulstechnik sehr hohe Anforderungen an die Bauelemente, denn die Impulse sollen möglichst wenig in ihrer Form verfälscht werden. Andererseits werden die nichtlinearen Eigenschaften der aktiven Bauelemente für die Erzeugung und Formung von Impulsen bewusst ausgenutzt. Viele in der analogen Elektronik üblichen passiven und aktiven Bauelemente werden in der Impulstechnik mit einer anderen oder erweiterten Funktionalität eingesetzt:

Baustufen Bearbeiten

Impulsgeneratoren dienen zur Erzeugung von Impulsen und Pulsen mit den für die jeweilige Anwendung benötigten Eigenschaften. Nach den sehr unterschiedlichen Funktionsprinzipien zur Erzeugung unterscheidet man beispielsweise:

Oft teilt man sie auch nach der erzeugten Impulsform ein:

Baustufen zur Impulsformung setzt man ein, um die Form von Impulsen zu ändern oder wiederherzustellen:

  • Begrenzer beschneiden die Signalhöhe und dienen beispielsweise dazu, aus sinusförmigen Signalen rechteckförmige zu machen.
  • Klemmschaltungen sind notwendig, um einen (beispielsweise bei einer Übertragung) „verlorenen“ Gleichspannungsanteil wiederherzustellen.
  • Schwellenwertschalter (Schmitt-Trigger) formen stetig veränderliche Signale in rechteckförmige um.
  • Der Miller-Integrator dient zur Erzeugung linear ansteigender und/oder abfallender Impulse.

Impulsverstärker arbeiten nach zwei wesentlich unterschiedlichen Prinzipien:

  • Linearverstärker verstärken einen Impuls ohne seine Form zu verfälschen. Es müssen deshalb Breitbandverstärker sein.
  • Schaltverstärker nutzen ihre wesentlichen Nichtlinearitäten (beispielsweise die Sättigung) aus, um die Impulse neu zu formen oder ihre Form zu regenerieren.

Oft werden Impulse ineinander verschachtelt und müssen beim Empfänger wieder mit Hilfe einer Baugruppe zur Impulstrennung getrennt werden. Dazu dienen meist Integrier- und Differenzierglieder in Kombination mit Schwellenwertschaltern.

Impulsmesstechnik Bearbeiten

Impulsgeneratoren gestatten die Bereitstellung (Synthese) von beliebig geformten Impulsen zur Ansteuerung von impulstechnischen Systemen. Das wichtigste Messgerät zur Analyse von Impulsfolgen ist das Oszilloskop, für Einzelimpulse das Speicheroszilloskop. Zur Bestimmung der Impulsparameter verwendet man Spitzenspannungsmesser, Impulsleistungsmesser und Frequenzmesser.

Außerdem stellt die Impulstechnik für andere technische Wissenschaften spezielle Messverfahren zur Verfügung. Typische Beispiele sind Impulszähler, Impulsreflektometer, Echolot und Radar.

Praktische impulstechnische Systeme Bearbeiten

Literatur Bearbeiten

  • Curt Rint: Handbuch für Hochfrequenz- und Elektrotechniker, II. Band. Verlag für Radio-Foto-Kinotechnik, Berlin-Borsigwalde 1953.
  • Heinrich Schröder, Gerhard Feldmann, Günther Rommel: Elektrische Nachrichtentechnik, III. Band. Verlag für Radio-Foto-Kinotechnik, Berlin-Borsigwalde 1972.
  • Heinz Dobesch: Impulstechnik. Verlag Technik, Berlin 1964.
  • Heinz Lueg: Grundlegende Systeme, Netzwerke und Schaltungen der Impulstechnik. Aachen 1971.
  • Gerhard-Helge Schildt: Impulstechnik – Grundlagen und Anwendungen. Lyk-Informationstechnik, Brunn 2008, ISBN 978-3-9502518-1-4.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. DIN 5483-1:1983-06 „Zeitabhängige Größen“, Nr. 5
  2. DIN 5483-1, Nr. 6
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Veröffentlichungsdatum:
Die Impulstechnik als Teilgebiet der Elektrotechnik beschaftigt sich mit der Erzeugung Formung Ubertragung und Verarbeitung von Strom und Spannungsimpulsen Sie ist ein Spezialgebiet der Elektronik und kann als Bindeglied zwischen Analogtechnik und Digitaltechnik betrachtet werden Inhaltsverzeichnis 1 Historisches 2 Impulse 2 1 Begriffe 2 2 Kenngrossen 2 3 Mathematische Behandlung 3 Bauelemente 4 Baustufen 5 Impulsmesstechnik 6 Praktische impulstechnische Systeme 7 Literatur 8 EinzelnachweiseHistorisches BearbeitenMit der aufkommenden Technik der Elektronenrohren entstanden auch die ersten impulstechnischen Anwendungen Das waren z B die multistabilen Kippstufen und ihre Nutzung in Zahlern Mit der Radar und Fernsehtechnik erreichte die Impulstechnik ihren Hohepunkt Wie in allen Gebieten der Elektronik wurde auch hier bald die Elektronenrohre durch den Transistor verdrangt Aktuell wird die klassische Impulstechnik in vielen Einsatzgebieten durch ihre moderne Form die Digitaltechnik abgelost Dabei beschranken sich die Methoden der Impulstechnik nur noch auf die Realisierung der speziellen digitalen Baustufen wie Logikgatter Analog Digital Umsetzer Digital Analog Umsetzer Impulsregenerierung und Impulsubertragung Impulse BearbeitenBegriffe Bearbeiten Unter einem Impuls versteht man in der Elektrotechnik einen einzelnen zeitlich begrenzten stossartigen Strom Spannungs oder Leistungsverlauf 1 Eine sich periodisch wiederholende Impulsfolge wird dagegen als Puls bezeichnet 2 Impulse werden grob nach ihrer Form klassifiziert Man spricht vom Rechteckimpuls Nadelimpuls Dreieckimpuls Glockenimpuls Wellenpaket usw Kenngrossen Bearbeiten Der ideale Rechteckimpuls ist nicht moglich seine Form wird bei der Erzeugung und Ubertragung verzerrt Praktisch hat er eine endliche Flankensteilheit charakterisiert durch die Anstiegs und Abfallzeit und zeigt oft ein Uberschwingen Beim Puls kommen als Hauptkenngrossen die Impulsfolgefrequenz und der Tastgrad hinzu Schwankungen bei den Impulsabstanden nennt man Jitter Mathematische Behandlung Bearbeiten Da die aktiven Elemente der Impulstechnik im Wesentlichen nichtlinear sind gibt es auch keine geschlossene mathematische Methode zu deren Behandlung Bei der Nutzung von meist passiven linearen Bauelementen konnen allerdings die Theorien der Fourier Reihen der Fourier Transformation und der Laplace Transformation genutzt werden Auch die Theorie der Abtastsysteme ist fur die Impulstechnik von Nutzen Die Ausbreitung von Impulsen entlang elektrischer Leitungen und die dabei auftretenden Reflexionen an den Kabelenden lassen sich mit den Methoden der Leitungstheorie in einfachen Fallen mit Hilfe eines Impulsfahrplans oder des Bergeron Verfahrens beschreiben Bauelemente BearbeitenEinerseits stellt die Impulstechnik sehr hohe Anforderungen an die Bauelemente denn die Impulse sollen moglichst wenig in ihrer Form verfalscht werden Andererseits werden die nichtlinearen Eigenschaften der aktiven Bauelemente fur die Erzeugung und Formung von Impulsen bewusst ausgenutzt Viele in der analogen Elektronik ublichen passiven und aktiven Bauelemente werden in der Impulstechnik mit einer anderen oder erweiterten Funktionalitat eingesetzt Kabel zur Impulserzeugung oder Impulsverzogerung Laufzeitketten und Verzogerungsleitungen Transistoren in linearen breitbandigen Impulsverstarkern oder im Schalterbetrieb Schalt Dioden Thyristoren Impulstransformatoren Fruher auch Elektronenrohren und ThyratronsBaustufen BearbeitenImpulsgeneratoren dienen zur Erzeugung von Impulsen und Pulsen mit den fur die jeweilige Anwendung benotigten Eigenschaften Nach den sehr unterschiedlichen Funktionsprinzipien zur Erzeugung unterscheidet man beispielsweise Sperrschwinger Astabile monostabile und bistabile Kippstufen HF Impulsgeneratoren auf der Basis von Leitungsreflexionen z B in Radargeraten Oft teilt man sie auch nach der erzeugten Impulsform ein Sagezahngeneratoren Rechteckgeneratoren Dreieck GeneratorenBaustufen zur Impulsformung setzt man ein um die Form von Impulsen zu andern oder wiederherzustellen Begrenzer beschneiden die Signalhohe und dienen beispielsweise dazu aus sinusformigen Signalen rechteckformige zu machen Klemmschaltungen sind notwendig um einen beispielsweise bei einer Ubertragung verlorenen Gleichspannungsanteil wiederherzustellen Schwellenwertschalter Schmitt Trigger formen stetig veranderliche Signale in rechteckformige um Der Miller Integrator dient zur Erzeugung linear ansteigender und oder abfallender Impulse Impulsverstarker arbeiten nach zwei wesentlich unterschiedlichen Prinzipien Linearverstarker verstarken einen Impuls ohne seine Form zu verfalschen Es mussen deshalb Breitbandverstarker sein Schaltverstarker nutzen ihre wesentlichen Nichtlinearitaten beispielsweise die Sattigung aus um die Impulse neu zu formen oder ihre Form zu regenerieren Oft werden Impulse ineinander verschachtelt und mussen beim Empfanger wieder mit Hilfe einer Baugruppe zur Impulstrennung getrennt werden Dazu dienen meist Integrier und Differenzierglieder in Kombination mit Schwellenwertschaltern Impulsmesstechnik BearbeitenImpulsgeneratoren gestatten die Bereitstellung Synthese von beliebig geformten Impulsen zur Ansteuerung von impulstechnischen Systemen Das wichtigste Messgerat zur Analyse von Impulsfolgen ist das Oszilloskop fur Einzelimpulse das Speicheroszilloskop Zur Bestimmung der Impulsparameter verwendet man Spitzenspannungsmesser Impulsleistungsmesser und Frequenzmesser Ausserdem stellt die Impulstechnik fur andere technische Wissenschaften spezielle Messverfahren zur Verfugung Typische Beispiele sind Impulszahler Impulsreflektometer Echolot und Radar Praktische impulstechnische Systeme BearbeitenTelegrafie Fernschreibtechnik Klassische Telefon Vermittlungstechnik Fernsehtechnik insbesondere auch der Rohrenmonitor in der Computertechnik Pulsmodulation Impulsortung Radar Lidar Sonar Zeitbereichsreflektometrie TDR Funknavigation Fernsteuertechnik Pulsdauermodulation SchaltnetzteilLiteratur BearbeitenCurt Rint Handbuch fur Hochfrequenz und Elektrotechniker II Band Verlag fur Radio Foto Kinotechnik Berlin Borsigwalde 1953 Heinrich Schroder Gerhard Feldmann Gunther Rommel Elektrische Nachrichtentechnik III Band Verlag fur Radio Foto Kinotechnik Berlin Borsigwalde 1972 Heinz Dobesch Impulstechnik Verlag Technik Berlin 1964 Heinz Lueg Grundlegende Systeme Netzwerke und Schaltungen der Impulstechnik Aachen 1971 Gerhard Helge Schildt Impulstechnik Grundlagen und Anwendungen Lyk Informationstechnik Brunn 2008 ISBN 978 3 9502518 1 4 Einzelnachweise Bearbeiten DIN 5483 1 1983 06 Zeitabhangige Grossen Nr 5 DIN 5483 1 Nr 6 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Impulstechnik amp oldid 227621628