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2022-11-03T07:50:22Z

Praktische impulstechnische Systeme

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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) [[Kippstufe]]n und ihre Nutzung in [[Zählwerk|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 ==
=== Begriffe ===
Unter einem Impuls versteht man in der Elektrotechnik einen einzelnen zeitlich begrenzten stoßartigen Strom-, Spannungs- oder Leistungsverlauf.<ref>DIN 5483-1:1983-06 „Zeitabhängige Größen“, Nr. 5</ref> Eine sich periodisch wiederholende Impulsfolge wird dagegen als [[Puls (Elektrotechnik)|Puls]] bezeichnet,<ref>DIN 5483-1, Nr. 6</ref>

Impulse werden grob nach ihrer Form klassifiziert. Man spricht vom [[Rechteckschwingung|Rechteckimpuls]], [[Delta-Distribution|Nadelimpuls]], Dreieckimpuls, [[Normalverteilung|Glockenimpuls]], [[Wellenpaket]] usw.

=== Kenngrößen ===
Der ideale Rechteckimpuls ist nicht möglich; seine Form wird bei der Erzeugung und Übertragung [[Verzerrung (Elektrotechnik)|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 ===
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 [[Fourierreihe|Fourier-Reihen]], der [[Fourier-Transformation]] und der [[Laplace-Transformation]] genutzt werden. Auch die Theorie der [[Nyquist-Shannon-Abtasttheorem|Abtastsysteme]] ist für die Impulstechnik von Nutzen.

Die Ausbreitung von Impulsen entlang elektrischer Leitungen und die dabei auftretenden [[Reflexion (Physik)|Reflexionen]] an den Kabelenden lassen sich mit den Methoden der [[Leitungstheorie]], in einfachen Fällen mit Hilfe eines [[Impulsfahrplan]]s oder des [[Bergeron-Verfahren]]s beschreiben.

== Bauelemente ==
Einerseits stellt die Impulstechnik sehr hohe Anforderungen an die [[Elektrisches Bauelement|Bauelemente]], denn die Impulse sollen möglichst wenig in ihrer Form verfälscht werden.
Andererseits werden die [[Nichtlineares System|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:
* [[Kabel]] zur [[Impulsgenerator (Energietechnik)|Impulserzeugung]] oder [[Verzögerung (Telekommunikation)|Impulsverzögerung]]
* [[Laufzeit (Elektrotechnik)|Laufzeitketten]] und [[Verzögerungsleitung]]en
* Transistoren in linearen, breitbandigen [[Verstärker (Elektrotechnik)|Impulsverstärkern]] oder im [[Elektronischer Schalter|Schalterbetrieb]]
* [[Diode|Schalt-Dioden]]
* [[Thyristor]]en
* [[Übertrager|Impulstransformatoren]]
* Früher auch Elektronenröhren und [[Thyratron]]s

== Baustufen ==
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:
* [[Sperrschwinger]]
* [[Multivibrator|Astabile]], [[Monostabile Kippstufe|monostabile]] und [[Flipflop|bistabile]] Kippstufen
* [[Impulsgenerator (Elektronik)|HF-Impulsgeneratoren]] auf der Basis von Leitungsreflexionen (z. B. in Radargeräten)
Oft teilt man sie auch nach der erzeugten Impulsform ein:
* [[Sägezahn-Generator|Sägezahngeneratoren]]
* [[Rechteckgenerator]]en
* [[Dreieck-Generator]]en

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.
* [[Klemmschaltung (Nachrichtentechnik)|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:
* [[Verstärker (Elektrotechnik)|Linearverstärker]] verstärken einen Impuls ohne seine Form zu verfälschen. Es müssen deshalb Breitbandverstärker sein.
* [[Schaltverstärker]] nutzen ihre wesentlichen Nichtlinearitäten (beispielsweise die [[Sättigung (Elektronik)|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 [[Integrierglied|Integrier-]] und [[Differenzierglied]]er in Kombination mit Schwellenwertschaltern.

== Impulsmesstechnik ==
[[Funktionsgenerator|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]], [[Reflektometer|Impulsreflektometer]], [[Echolot]] und Radar.

== Praktische impulstechnische Systeme ==
* [[Telegrafie]]
* [[Fernschreiber|Fernschreibtechnik]]
* [[Vermittlungstechnik|Klassische Telefon-Vermittlungstechnik]]
* Fernsehtechnik (insbesondere auch der [[Computermonitor|Röhrenmonitor]] in der Computertechnik)
* [[Pulsmodulation]]
* Impulsortung (Radar, [[Lidar]], [[Sonar]])
* [[Zeitbereichsreflektometrie]] (TDR)
* [[Funknavigation]]
* [[Fernsteuerung|Fernsteuertechnik]]
* [[Pulsdauermodulation]]
* [[Schaltnetzteil]]

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

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Elektronik]]

Impulstechnik - Versionsgeschichte

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