Một xung là một tín hiệu giống như các đối tượng trong hình dưới. Nó được xác định bởi biên độ và độ rộng xung. Bạn có thể tạo một chuỗi các xung định kỳ (cách đều nhau), trong trường hợp đó, bạn có thể nói về tần số hoặc tốc độ lặp lại xung và “duty cycle”, tỷ lệ giữa độ rộng xung và chu kỳ lặp lại (duty cycle trong khoảng từ 0 đến 100%). Các xung có thể có cực âm hoặc dương; ngoài ra, chúng có thể là “tích cực” hoặc “tiêu cực”. Chẳng hạn, xung thứ hai trong hình dưới là một xung âm có cực tính dương.
Phần này cung cấp tổng quan về các tín hiệu xung, được sử dụng cho các loại phép đo và phát hiện khác nhau.
“Sóng” của tín hiệu điện—tín hiệu xung
“Tần số” là số lần rung tín hiệu điện được lặp lại trên một đơn vị thời gian và “Hz (hertz)” là đơn vị biểu thị số lần rung trong một giây. Các sóng (hình vuông) của tín hiệu điện xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn như vậy và có độ rộng nhất định được gọi là “xung” hoặc “tín hiệu xung”.
Phân loại tín hiệu xung
Có nhiều loại tín hiệu xung khác nhau và chúng được phân loại theo đặc điểm của chúng. Các cách chính để phân loại xung được giới thiệu dưới đây.
Phân loại theo số lượng
Các xung đơn đề cập đến các xung chỉ được tạo một lần khi một sự kiện xảy ra, trong khi các xung liên tiếp đề cập đến các xung được tạo lặp lại liên tiếp. Các ứng dụng của các xung đơn bao gồm phát hiện đoạn, trong khi ứng dụng của các xung liên tiếp bao gồm đo tốc độ động cơ.
B: xung đơn
Phân loại theo thời lượng (chiều rộng)
Khoảng thời gian từ nửa điểm giữa sườn lên của xung và đỉnh đến nửa điểm giữa đỉnh và sườn xuống được gọi là thời lượng xung. Có rất nhiều loại xung—từ những xung có thời lượng xung cực ngắn như 0,1 μs cho đến những xung có thời lượng vài giây.
Phân loại theo quãng
Sự phân loại này dựa trên khoảng thời gian giữa khi bật và tắt các xung lặp lại. Mặc dù thời lượng xung đề cập đến khoảng thời gian khi các xung được bật, sự phân loại này cho biết khoảng thời gian khi các xung bị tắt. Để tăng tốc độ bit cho giao tiếp quang học hoặc tương tự, cần đặt càng nhiều xung càng tốt trong một đơn vị thời gian. Đổi lại, điều kiện này yêu cầu giảm khoảng thời gian giữa các tín hiệu xung đầu ra.
B: Xung thấp
Phân loại theo tính thường xuyên
Các xung được phân loại tùy theo việc chúng xảy ra đều đặn hay hoàn toàn không đều. Các xung đều đặn điển hình bao gồm “tín hiệu liên lạc nối tiếp”, trong khi “phát hiện con người” là một ví dụ điển hình của các xung không đều.
Ứng dụng và phương pháp điều chế xung
Các ứng dụng của xung phần lớn được phân loại thành “đo lường sử dụng tín hiệu đầu vào” và “điều khiển thứ gì đó bằng cách xuất tín hiệu”. Các ứng dụng đo lường cơ bản bao gồm phát hiện tốc độ động cơ thông qua việc sử dụng bộ mã hóa vòng quay hoặc thiết bị tương tự để hiển thị và phân tích tốc độ trên cơ sở tín hiệu xung. Mặt khác, các hệ thống điển hình điều khiển truyền động bằng xung bao gồm nhiều loại động cơ khác nhau như động cơ bước (động cơ xung) và động cơ servo.
Điều chế xung điều khiển động cơ
Để điều khiển các hệ thống này, không thể thiếu việc “điều chế” tín hiệu điện, hay nói cách khác là “biến đổi tín hiệu theo đặc tính của môi trường truyền dẫn” về mặt truyền dẫn thông tin. Đặc biệt, phương pháp trong đó các tín hiệu điện được truyền và tạo ra theo sự thay đổi của xung được gọi là “điều chế xung”. Các phương pháp điều chế được sử dụng, đặc biệt phổ biến đối với điều khiển động cơ, là “điều chế độ rộng xung (PWM)” và “điều chế biên độ xung (PAM)”.
Điều chế độ rộng xung (PWM)
Phương pháp này điều khiển dòng điện và điện áp đi qua tùy thuộc vào độ rộng xung (thời gian truyền liên tục) và khoảng thời gian (thời gian giữa các xung). Tốc độ của “khoảng thời gian khi các xung được bật” trong một khoảng thời gian nhất định được gọi là “duty ratio (duty cycle)” và điện áp tối ưu thu được bằng cách thay đổi tốc độ này. Một đặc điểm của phương pháp này là hiệu suất cao vì điện áp tỷ lệ với thời lượng xung có thể thu được bằng cách rút ngắn chu kỳ bật/tắt. Một tính năng khác của phương pháp này là kiểm soát tốt của nó.
Điều chế biên độ xung (PAM)
Trái ngược với phương pháp điều chế độ rộng xung, phương pháp này điều khiển dòng điện và điện áp đi qua phụ thuộc vào cường độ xung (biên độ). Biến tần điều chế biên độ xung được sử dụng cho điều hòa không khí và các hệ thống tương tự thay đổi biên độ điện áp xung bằng cách điều khiển điện áp của bộ chỉnh lưu.
điều chế xung khác
Điều chế mã xung (PCM)
Phương pháp điều chế xung này chuyển đổi tín hiệu tương tự đầu vào thành tín hiệu số (chuỗi xung) bằng cách lấy mẫu tín hiệu tương tự ở một chu kỳ nhất định và chuyển đổi chúng thành số nhị phân (lượng tử hóa). Phương pháp này, còn được gọi là chuyển đổi analog to digital, được sử dụng để truyền tín hiệu tương tự, chẳng hạn như âm thanh, dưới dạng tín hiệu kỹ thuật số. Các ứng dụng của nó bao gồm đĩa CD (CD-DA), máy ghi PCM và Blu-ray (BDMV).
Điều chế mật độ xung (PDM)
Điều chế này tạo ra các dạng sóng trên cơ sở mật độ xung trong một khoảng thời gian được chia thành một độ rộng cụ thể. Đây là một trong những phương pháp chuyển đổi tín hiệu tương tự như âm thanh và video sang tín hiệu số bằng cách thay thế chúng bằng các chuỗi xung. Phương pháp này cho phép chuyển đổi với chất lượng âm thanh cao hơn PCM—một phương pháp được sử dụng thông thường. Phương pháp này được sử dụng cho tiêu chuẩn CD mới có tên là “Super Audio CD (SACD)”.
Điều biến vị trí xung (PPM)
Phương pháp điều chế xung này chuyển đổi tín hiệu thành sự khác biệt pha xung thời gian (vị trí) có độ rộng nhất định. Phương pháp này có khả năng chống nhiễu tốt vì thông tin xung có thể được xác định trên cơ sở vị trí xung. Phương pháp này điều khiển điện áp bằng cách thay đổi tỷ lệ khi bật xung trong mỗi chu kỳ AC và được dùng làm xung điều khiển cho “điều khiển thyristor” ứng dụng trong điều chỉnh ánh sáng, điều chỉnh nhiệt độ nguồn nhiệt, v.v.
