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

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 werden viele Einsatzgebiete der klassischen Impulstechnik 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

Unter einem Impuls versteht man in der Elektrotechnik einen einzelnen zeitlich begrenzten stoßartigen Strom-, Spannungs- oder Leistungsverlauf. Eine sich periodisch wiederholende Impulsfolge sollte Puls genannt werden, wird aber in der Praxis oft ebenfalls als Impuls bezeichnet.

Impulse werden grob nach ihrer Form klassifiziert. Deshalb spricht man vom Rechteckimpuls, Nadelimpuls, Dreieckimpuls, Sägezahnimpuls, Glockenimpuls, Sinusimpuls usw.

Kenngrößen

Die ideale Form eines Impulses wird allerdings bei der Erzeugung und Übertragung verzerrt. Praktische Rechteckimpulse haben deshalb eine endliche Flankensteilheit (charakterisiert durch die Anstiegs- und Abfallzeit), eine Dachschräge und zeigen oft ein Überschwingen. Die bei Impulsfolgen, deren Hauptkenngrößen die Impulsfolgefrequenz und das Tastverhältnis sind, zusätzlich auftretende zufällige Variation der Impulsabstände (Phasen) nennt man Jitter.

Mathematische Behandlung

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.

Bauelemente in der Impulstechnik

Einerseits stellt die Impulstechnik sehr hohe Anforderungen an die elektronischen Bauelemente, denn die Impulse sollen möglichst wenig verzerrt werden. Andererseits spielen die nichtlinearen Eigenschaften der (insbesondere aktiven) Bauelemente für die Erzeugung und Formung von Impulsen eine wesentliche Rolle. Neben den in der Elektronik üblichen passiven und aktiven Bauelementen haben die folgenden spezielle Bedeutung für die Impulstechnik:

• Kabel (z. B. zur Impulserzeugung oder Impulsverzögerung)
• Laufzeitketten und Verzögerungsleitungen
• Transistoren (als lineare, breitbandige Verstärker)
• Schalt-Transistoren
• Schalt-Dioden
• Thyristoren
• Impulstransformatoren
• Früher auch: Elektronenröhren und Thyratrons

Baustufen der Impulstechnik

Impulsgeneratoren

• Sperrschwinger
• Astabile, monostabile und bistabile Kippstufen
• Sägezahngeneratoren
• Rechteckgeneratoren

Impulsformung

• Begrenzer
• Klammerschaltungen
• Schwellenwertschalter (Schmitt-Trigger)

Impulsverstärker

• Linearverstärker
• Verstärker im Schalterbetrieb

Impulstrennung

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

Impulsmesstechnik

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

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

Praktische impulstechnische Systeme

• Telegrafie
• Fernschreibtechnik
• Klassische Telefon-Vermittlungstechnik
• Fernsehtechnik (insbesondere auch der Röhrenmonitor in der Computertechnik)
• Pulsmodulation
• Impulsortung (Radar, Lidar, Sonar)
• Zeitbereichsreflektometrie (TDR)
• Funknavigation
• Fernsteuertechnik
• Impulsregelungstechnik (z. B. Pulsbreitenregelung)
• Schaltnetzteil

Literatur

• Rint, Conrad: Handbuch für Hochfrequenz- und Elektrotechniker, II. Band. Berlin-Borsigwalde: Verlag für Radio-Foto-Kinotechnik GmbH 1953

• Schröder, Heinrich/Feldmann, Gerhard/Rommel, Günther: Elektrische Nachrichtentechnik, III. Band. Berlin-Borsigwalde: Verlag für Radio-Foto-Kinotechnik GmbH 1972

• Dobesch, Heinz: Impulstechnik. Berlin: Verlag Technik 1964

• Schildt, Gerhard-Helge: Impulstechnik - Grundlagen und Anwendungen. Brunn: Lyk-Informationstechnik 2008, ISBN 978-3-9502518-1-4^[1]

Einzelnachweise

1. ↑ Lyk Fachbuchinformation