ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР • Большая российская энциклопедия
-
В книжной версии
Том 11. Москва, 2008, стр. 167
-
Скопировать библиографическую ссылку:
Авторы: Г. Н. Александров
И́МПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРА́ТОР, электронное устройство для создания одиночных или последовательностей электрич. импульсов. Обычно И. г. состоит из задающего источника колебаний и формирователя, создающего импульсы необходимой формы (напр., прямоугольной), длительности и амплитуды (мощности). Источником колебаний может служить генератор гармонических (синусоидальных) колебаний или релаксационный генератор (см. Генератор электрических колебаний). Основу формирователей импульсов составляют линейные электрич. элементы и электронные ключи. Функции линейных элементов выполняют импульсные усилители, дифференцирующие и интегрирующие цепи, импульсные трансформаторы и линии задержки. В качестве ключей используются электронные приборы с нелинейной вольт-амперной характеристикой (ПП диоды, транзисторы, электронные лампы, ферритовые сердечники и др.). Нелинейные (ключевые) формирователи характеризуются отсутствием положительной обратной связи; формирование импульсов происходит за счёт ограничения уровня сигнала или переключения тока в выходной цепи. Регенеративные формирующие устройства с положительной обратной связью позволяют получать как одиночные видеоимпульсы, так и их последовательности. К таким устройствам относятся триггеры, мультивибраторы,
В технике высоких напряжений широкое распространение находят высоковольтные И. г., предназначенные для создания мощных импульсных токов (до 107 А и более) и напряжений (до 107 В). Такие генераторы, как правило, состоят из ряда конденсаторов высокого напряжения (см. Конденсатор электрический), набора резисторов, зарядного устройства и устройства измерения импульсного напряжения (тока). Все конденсаторы заряжаются параллельно. В И. г. напряжения с помощью разрядников заряженные конденсаторы соединяются последовательно, что приводит к увеличению напряжения на выходе приблизительно в $n$ раз, где $n$ – число конденсаторов. Форма импульса на выходе генератора обеспечивается подбором ёмкостей конденсаторов, сопротивлений резисторов и схемы разрядной цепи. В И. г. тока при разряде конденсаторы остаются соединёнными параллельно. Высоковольтные И. г. широко применяются, напр., для испытаний изоляции разл. электрооборудования, имитации внутр. и грозовых перенапряжений в электрич. сети и др.
Классификация генераторов импульсов (импульсных генераторов)
Генератор импульсов (ГИ), или импульсный генератор, – это прибор (устройство), преобразующие энергию постоянного или переменного источника напряжения в энергию электрических импульсов, которые обычно имеют прямоугольную форму.
ГИ используются в большом количестве схем и устройств, а также применяются для наладки и ремонта разнообразных цифровых устройств в области измерительной техники.
Генератор импульсов: классификация
По выходной последовательности основных импульсов различают приборы, генерирующие:
- одиночные импульсы;
- парные импульсы;
- кодовые пакеты;
- кодовые комбинации;
- псевдослучайные последовательности импульсов программного и ручного управления параметрами.
По числу каналов выделяются генераторы:
- одноканальные;
- многоканальные.
Понятие импульса
Импульс электрической величины – кратковременное (от секунд до наносекунд) воздействие данных величин на нагрузку.
Импульсными устройствами называются устройства, которые используют и формируют импульсные сигналы.
Параметры прямоугольного импульса идеальной и реальной форм
Для прямоугольного импульса идеальной формы различают два параметра:
- амплитуда – U;
- длительность – t.
В реальности же форма такого импульса отличается от идеальной:
Параметры реального импульса представлены:
- Постоянной составляющей напряжения в импульсе
- Амплитудой – максимальным значением напряжения, силы тока или мощности в импульсе
- Длительностью фронта – промежутком времени, за который напряжение в импульсе возрастает от 0,1 до 0,9 от амплитудного значения
- Длительностью среза – промежутком времени, за который напряжение в импульсе убывает от 0,9 до 0,1 от амплитудного значения
- Длительностью импульса – измеряется на уровне 0,1 от амплитудного значения
- Активной длительностью импульса – измеряется на уровне 0,5 от амплитудного значения
Импульс считается прямоугольным, если равны длительности фронта и среза.
Классификация импульсов
- По форме импульсы бывают:
- По полярности различают импульсы:
Серия прямоугольных импульсов
Графическое отображение последовательности прямоугольных импульсов:
Параметр Ти представляет собой период следования импульсов, то есть промежуток времени, который считается от начала одного условно выбранного импульса и до начала второго импульса.
| ICM7242IPAZ |
1216113 |
Фиксированный таймер и счетчик, 13МГц, астабильный, моностабильный, 2В до 16В, DIP-8 RENESAS |
Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука |
13МГц | 2В | 16В | DIP | 8вывод(-ов) | -25°C | 85°C | – | – | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ICM7555IBAZ |
9663754 |
Таймер, кварцевый генератор и генератор импульсов, КМОП RC таймер, 1МГц, 2В до 18В, SOIC-8 RENESAS |
Штука |
1МГц | 2В | 18В | SOIC | 8вывод(-ов) | -25°C | 85°C | ICM7555; ICM7556 | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ICM7556IPDZ |
9663770 |
Таймер, кварцевый генератор и генератор импульсов, КМОП RC таймер, 1МГц, астабильный, моностабильный RENESAS |
Штука |
1МГц | 2В | 18В | DIP | 14вывод(-ов) | -25°C | 85°C | – | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ICM7555IPAZ |
9663762 |
КМОП RC таймер в корпусе PDIP-8 RENESAS |
Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука |
1МГц | 2В | 18В | DIP | 8вывод(-ов) | -25°C | 85°C | – | – | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CD4536BDW . |
1753456 |
Таймер, 5МГц, 3В до 18В, SOIC-16 TEXAS INSTRUMENTS |
Штука |
5МГц | 3В | 18В | SOIC | 16вывод(-ов) | -55°C | 125°C | – | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ICM7555IPA+ |
2516438 |
Таймер, кварцевый генератор и генератор импульсов, КМОП RC таймер, 500кГц, 2В до 18В, DIP-8 MAXIM INTEGRATED / ANALOG DEVICES |
Штука |
500кГц | 2В | 18В | DIP | 8вывод(-ов) | -20°C | 85°C | – | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DS1090U-1+ |
2516462 |
Таймер, кварцевый генератор и генератор импульсов, прямоугольный выходной сигнал, 8МГц, 3В до 5.5В MAXIM INTEGRATED / ANALOG DEVICES |
Штука |
8МГц | 3В | 5.5В | µMAX | 8вывод(-ов) | -40°C | 85°C | – | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MAX2605EUT+T |
2798939 |
Кварцевый генератор, низкий уровень джиттера, запрограммированный, 70МГц, 2.7В до 5.5В питание MAXIM INTEGRATED / ANALOG DEVICES |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Разрезная лента Варианты упаковки |
70МГц | 2.7В | 5.5В | SOT-23 | 6вывод(-ов) | -40°C | 85°C | – | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MAX2624EUA+ |
2517421 |
Кварцевый генератор, управление напряжением, 998МГц, 2.7В до 5.5В, µMAX-8 MAXIM INTEGRATED / ANALOG DEVICES |
Штука |
998МГц | 2.7В | 5.5В | µMAX | 8вывод(-ов) | -40°C | 85°C | – | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DS1089LU-450+ |
2516461 |
Таймер, кварцевый генератор и генератор импульсов, прямоугольный выходной сигнал, 50МГц, 2.7В-3.6В MAXIM INTEGRATED / ANALOG DEVICES |
Штука |
50МГц | 2.7В | 3.6В | µMAX | 8вывод(-ов) | -40°C | 85°C | – | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MIC1555YM5-TR |
2774956 |
Таймер, кварцевый генератор и генератор импульсов, 5МГц, 2.7В до 18В питание, TSOT-23-5 MICROCHIP |
Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука |
5МГц | 2.7В | 18В | SOT-23 | 5вывод(-ов) | -40°C | 85°C | – | – | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CD4541BM |
3121175 |
Таймер, 6МГц, 3В до 18В, SOIC-14 TEXAS INSTRUMENTS |
Штука |
6МГц | 3В | 18В | SOIC | 14вывод(-ов) | -55°C | 125°C | – | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| NE555D |
3121191 |
Прецизионный таймер, от микросекунд до часов, TTL, астабильный, моностабильный, 4.5В до 16В, SOIC-8 TEXAS INSTRUMENTS |
Штука |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CD4541BE |
3006898 |
Таймер, 6МГц, 3В до 18В, DIP-14 TEXAS INSTRUMENTS |
Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука |
6МГц | 3В | 18В | DIP | 14вывод(-ов) | -55°C | 125°C | CD4000 LOGIC | – | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| TPL5110DDCT |
3121221 |
Таймер с функцией сторожевого таймера, интервалы 100мс до 7200с, 1.8В до 5.5В, SOT-23-6 TEXAS INSTRUMENTS |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Разрезная лента Варианты упаковки |
– | 1.8В | 5.5В | SOT-23 | 6вывод(-ов) | -40°C | 105°C | – | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| NA555P |
3121189 |
Прецизионный таймер, от микросекунд до часов, TTL, астабильный, моностабильный, 4.5В до 16В, DIP-8 TEXAS INSTRUMENTS |
Штука |
500кГц | 4.5В | 16В | DIP | 8вывод(-ов) | -40°C | 105°C | – | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| NE555P |
3006909 |
Прецизионный таймер в корпусе DIP-8 TEXAS INSTRUMENTS |
Штука |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| TPL5111DDCT |
3006922 |
Таймер с функцией сторожевого таймера, интервалы 100мс до 7200с, 1.8В до 5.5В, SOT-23-6 TEXAS INSTRUMENTS |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Разрезная лента Варианты упаковки |
– | 1.8В | 5.5В | SOT-23 | 6вывод(-ов) | -40°C | 105°C | – | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| NE556D |
3121195 |
Прецизионный таймер, от микросекунд до часов, TTL, астабильный, моностабильный, 4.5В до 16В, SOIC-14 TEXAS INSTRUMENTS |
Штука |
500кГц | 4.5В | 16В | SOIC | 14вывод(-ов) | 0°C | 70°C | NE556 | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| NE556N |
3121196 |
PRECISION TIMER, DUAL, 500KHZ, 14 DIP TEXAS INSTRUMENTS |
Штука |
500кГц | 4.5В | 16В | DIP | 14вывод(-ов) | 0°C | 70°C | – | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ICM7555ESA+T |
3404563 |
GENERAL PURPOSE TIMER, -40 TO 85DEG C MAXIM INTEGRATED / ANALOG DEVICES |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Разрезная лента Варианты упаковки |
500кГц | 2В | 16.5В | NSOIC | 8вывод(-ов) | -40°C | 85°C | – | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MC14541BDG |
9666583 |
Таймер, 6МГц, 3В до 18В, SOIC-14 ONSEMI |
Посмотреть дополнительные поставки Avnet |
Штука |
6МГц | 3В | 18В | SOIC | 14вывод(-ов) | -55°C | 125°C | – | – | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DS1077Z-100+ |
2516448 |
Таймер, кварцевый генератор и генератор импульсов, двойной выход, 100МГц, 4.75В до 5.25В, NSOIC-8 MAXIM INTEGRATED / ANALOG DEVICES |
Штука |
100МГц | 4.75В | 5.25В | NSOIC | 8вывод(-ов) | -40°C | 85°C | – | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MAX2606EUT+T |
2517284 |
Кварцевый генератор, низкий уровень джиттера, запрограммированный, 150МГц, 2.7В до 5.5В питание MAXIM INTEGRATED / ANALOG DEVICES |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Разрезная лента Варианты упаковки |
150МГц | 2.7В | 5.5В | SOT-23 | 6вывод(-ов) | -40°C | 85°C | – | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MAX2609EUT+T |
2517287 |
Кварцевый генератор, низкий уровень джиттера, запрограммированный, 650МГц, 2.7В до 5.5В питание MAXIM INTEGRATED / ANALOG DEVICES |
Штука (Поставляется на разрезной ленте) Разрезная лента Варианты упаковки |
650МГц | 2.7В | 5.5В | SOT-23 | 6вывод(-ов) | -40°C | 85°C | – | – | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Импульсные генераторы большой мощности – Справочник химика 21
Импульсные генераторы большой мощности [c.40]Большой интерес представляют импульсные СВЧ-ге-нераторы, мощность которых может быть увеличена до десятков мегаватт. Рабочая частота генератора составляет 2500-3500 Мгц. [c.45]
Максимальная измеряемая толщина зависит от мощности импульсного генератора, его чувствительности, частоты УЗК и структуры металла. На практике точное определение больших толщин требуется редко. Как правило, диапазон измеряемых толщин колеблется от двух до нескольких десятков миллиметров. [c.190]
При несущих частотах 300—500 кгц очистка в импульсном режиме более эффективна, чем в непрерывном. При одинаковых средних мощностях длительность очистки в этом режиме значительно ниже, чем в непрерывном. При больших скважностях эта разница особенно заметна. При скважности 3—4, длительности импульсов 2,6—4,8 сек. и мощности 300—500 вт генератор имеет высокий к. п. д., а вибраторы из титаната бария, применяемые в импульсном режиме, долговечнее. [c.13]
Сопротивление проволоки во время импульсного нагрева также измеряется двойным мостом МОД-54. Общепринятая схема включения двойного моста была неприемлема из-за большой потери энергии на образцовом сопротивлении, которая могла возникнуть в данном случае, и его недопустимого нагрева. В связи с этим в схеме применен токовый трансформатор УТТ-5 с коэффициентом трансформации 120 и в соответствии с этим оказалось возможным увеличить образцовое сопротивление в 20 раз. Применение трансформатора также позволяет сосредоточить всю мгновенную мощность импульса на проволоке и при допустимых фазовых искажениях повысить скорость и точность измерения сопротивления проволоки / (т) по сравнению с методом определения его из данных, полученных при раздельной регистрации V(x) и /(т). Нагрузкой токового трансформатора служит образцовое сопротивление Rn, последовательно составленное из двух образцовых сопротивлений Р-321 по 0,1 ом. Контрольное измерение величин тока импульса проводится на образцовом сопротивлении Р-323, 0,0001 ом. Сопротивление проволоки измеряется путем поразрядного уравновешивания моста за несколько тактов прохождения силовых импульсов через проволоку. Период повторения импульсов определяет тактирующий генератор. Выбранная длительность периода 5 сек — заведомо большая, чем общая тепловая релаксация проволоки в жидкости. Контроль процесса уравновешивания и измерение электрических параметров импульсов проводится осциллографами С1-9 и С1-18, синхронизированными с силовым импульсом, с задержкой развертки на время О—10 мсек с шагом [c.23]
Для некоторых технологических процессов начали применять специальные ультразвуковые генераторы, работающие в импульсном режиме, возбуждающие в излучателях апериодические колебания. К достоинствам таких генераторов относятся относительная простота их электрической схемы, небольшая потребляемая мощность, возможность получения большой интенсивности ультразвука в импульсе и обычно небольшие габариты. [c.34]
В последнее время в ряде технологических процессов для получения больших интенсивностей ультразвуковых колебаний начали применяться ультразвуковые генераторы, работающие в импульсном режиме, возбуждающие в излучателях колебания с апериодическим характером. К достоинствам таких генераторов относятся простота их электрической схемы, меньшая потребляемая мощность, возможность получения большой интенсивности ультразвука в импульсе (до 30—Адвт/см ), относительно небольшие габариты и малая стоимость. [c.109]
Первые экспериментальные результаты. Вынужденное комбинационное рассеяние света (ВКР) было обнаружено Вудбери и Нгом в 1962 г. при работе с импульсным излучением большой мощности, получаемым при помощи квантового генератора на рубине [481]. В их опытах для уменьшения времени высвечивания рубинового лазера в качестве оптического затвора применялась ячейка Керра на нитробензоле. При этом было обнаружено, что в излучении присутствуют побочные частоты, характерные для спектра комбинационного рассеяния нитробензола, но обладающие весьма высокой интенсивностью. После работы [481] появился ряд сообщений об исследованиях вынужденного комбинационного рассеяния (см. обзоры [482, 483]). Выяснились также некоторые особенности этого явления, в котором своеобразно проявляются характерные черты обычного комбинационного рассеяния света и излучения оптических квантовых генераторов. [c.483]
В одной из примененных схем импульсы осуществляются при низком напряжении и большой емкости. Трубка без электродов, в которой находятся газы или пары при давлении в несколько сотых ми 1лиметра, помещается в центре катушки, через которую проходят токи высокой частоты. При мощности в импульсе, меньшей 10 кет, возбуждаются только дуговые линии. Средняя мощность разряда около 500 вт. Для наблюдения искровых линий необходимо повысить напряжение. Однако применение импульсных генераторов для получения высокочастотных разрядов (как кольцевого, так и тлеющего) требует увеличения напряженности поля, необходимой для зажигания разряда, причем напряженность тем больше, чем меньше длительность импульса т. [c.55]
Трансформаторы малой мощности применяются в само-возбуледающихся генераторах импульсов (блокинг-гене-раторах) малой и средней мощности — в импульсных усилителях для межкаскадной связи трансформаторы большой мощности [U = сотни кв) в модуляторах радиолокационных станций. Конструкции импульсных трансформаторов весьма разнообразны. Маломощные с напряжением до 2 кв делаются с сухой изоляцией открытого типа, выше 2 га — заливаются маслом. [c.388]
Следует отметить, что широкое применение электроагрегатов с импульсным генератором в технике электрогазоочистки станет возможным после разработки соответствующих электронных переключателей большой мощности, так как вращающиеся контактные переключатели недостаточно надежны в эксплуатации. [c.106]
Измерение больших импульсных мощностей в технике сверхвысоких частот — сложная проблема. Речь идет о сотнях тысяч и даже миллионах ватт. Обычные калориметрические измерения неудобны вся измеряемая мощность поглощается приборами. Это значит, что СВЧ генератор временно отключается от полезной нагрузки. Кроме того, калориметрические измерения в силу своей индукционности сообщают данные о средней, а не о импульсной мощности. Этих недостатков лишен вышеупомянутый прибор. Принцип его действия прост. В волноводе, по которому распространяется большая сверхвысокая мощность, создается сильное электрическое поле. Если в электрическом поле поместить полупроводник (германий, кремний или полупроводниковое соединение), то в результате безынерционного разогрева электронов сопротивление полупроводника изменится на вполне определенную величину. По ней можно точно судить о напряженности поля, а следовательно, и о СВЧ мощности. Прибор на горячих электронах в отличие от калориметрического позволяет производить замеры мощности при работе генератора на полезную нагрузку. [c.520]
Для точной локализации контакта поблизости от его предполагаемого местонахождения при помощи переносного прибора накладывается импульсный постоянный ток (24 с включение, 6 с выключение). Для подключения используются короткие подсоединения к газовой распределительной сети, например стояки конденсатосборников. В качестве анодных заземлителей при кратковременных измерениях могут быть использованы, например, железобетонные конструкции, стальные сваи заборов и трубопроводы. При использовании железнодорожных сооружений рекомендуется осторожный подход ввиду возможного соединения с системами сигнализации. Сопротивление растеканию тока с этих объектов должно быть по возможности менее 1 Ом. Накладываемый ток должен быть возможно большим. Хорошо зарекомендовали себя преобразователи с выходной мощностью 40 В/80 А с предвключенным фазорегулятором (поворотным трансформатором). При наличии блуждающих токов применяют обычные автоматические генераторы стан- [c.261]
Красящие вещества используют в качестве активных сред лазеров и в качестве так называемых модуляторов добротности оптических квантовых генераторов. В качестве лазерных сред красители можно использовать в твердой, жидкой и газообразной фазе. Особенно удобны жидкостные лазеры на красителях. Большим преимуществом применения лазеров на красителях является возможность перестраивать в них длину волны генерируемого излучения в широкой непрерывной области спектра и получать генерируемое излучение в виде узкой спектральной линии. Энергия импульсных лазеров на красителях варьируется от нескольких микроджоулей до>10 Дж в импульсе, а пиковая мощность — от милливатт до сотен мегаватт получены импульсы с энергией в несколько сотен джоулей. В некоторых случаях требуются лазерные импульсы короткой длительности с помощью лазеров на красителях могут быть получены импульсы с длительностью от 1—2 до десятков наносекунд. Лазеры на красителях перспективны для создания миниатюрных лазерных устройств. [c.222]
Мощное узкополосное ДИК-излучение (в данном случае с Агг 30+60 МГц) может быть получено путем использования схемы генератор плюс усилитель [19—21]. В настоящее время разработаны узкополосные импульсные ДИК-лазеры на фторметане с выходной мощностью на уровне мегаватт [22—24]. В работах [20,25] продемонстрирована возможность плавной перестройки частоты узкой линии генерации (30+60 МГц) с длинами волн 496 мкм на 200+460 МГц [20, 25] и 452 мкм на – 350 МГц 20] с помощью соответствующего изменения длины резонатора. Лроблема получения достаточно интенсивного ДИК-излучення, плавно перестраиваемого по частоте в значительно больших пределах, будет, несомненно, решаться и путем развития методов генерации суммарных и разностных частот лри смешении излучения ДИК-лазера и источника перестраиваемого по частоте микроволнового излучения, например, клистрона. Уже сейчас в таких схемах получено ДИК-излучение, перестраиваемое по частоте на десятки ГГц [26, 27]. Что касается дискретной перестройки (генерация на различных переходах), то и в этом и в других ДИК-лазерах она часто обеспечивается перестройкой длины волны излучения лазера накачки. [c.173]
Как и в случае рубинового лазера, активная среда лазера имеет форму цилиндрического стержня и возбуждается с помощью оптической накачки. Лазер на Nd YAG может работать как в импульсном режиме (источник возбуждения — ксе-ноновая импульсная лампа), так и в режиме непрерывной генерации (с криптоновыми или вольфрамовыми лампами накачки). Лазер на стекле, легированном неодимом, вследствие плохой теплопроводности стекла может работать только в импульсном режиме. Важным свойством этого лазера является очень большая ширина полосы лазерного перехода (30—40 нм), обусловленная неоднородностью кристаллического поля в стекле. Так как ширина полосы генерации может достигать 10 нм, в режиме синхронизации мод можно получать импульсы очень малой длительности. Конечно, если бы все моды в пределах полосы шириной 10 нм были бы синхронны по фазе, то можно было бы получить и.мнульсы длительностью 10 с. Однако на практике самые короткие импульсы имеют длительность 10 с. Благодаря относительно невысокой стоимости стеклянных стержней, легированных неодимом, лазер такого типа часто используется для получения мощных импульсов большой энергии. С помощью легированного неодимом лазерного генератора на стекле, работающего в режиме синхронизации мод и имеющего несколько каскадов усиления из такого же активного материала, были получены импульсы длительностью 10 с с пиковой мощностью одиночного импульса 10 Вт. [c.43]
Генератор Ваи-де-Граафа может работать в импульсном режиме. В этом случае полная энергия импульса определяется в большей степени емкостью высоковольтного электрода, чем общей мощностью генератора. Можно получать электронные импульсы длительностью в несколько микросекунд при максимальной силе тока в несколько сот миллиампер. Однако это требует специальных мер предосторожности, которые позволяют свести к. минимуму надеиие напряжения во время импульса. [c.58]
Нейтронные генераторы
На основе научных, конструкторских, технологических достижений, полученных при создании оборонных систем нейтронного инициирования, с 70-х годов прошлого века во ФГУП «ВНИИА» ведется разработка нового класса электрофизической и ядерно-физической аппаратуры – портативных нейтронных генераторов и аппаратуры на их основе.
Современные портативные нейтронные генераторы основаны на использовании ядерного синтеза ядер изотопов водорода дейтерия и трития или дейтерия и дейтерия. Реализация таких ядерных реакций осуществляется либо в миниатюрном линейном ускорителе дейтронов, либо в специальной камере плазменного фокуса.
Нейтронные трубки и камеры плазменного фокуса
ФГУП «ВНИИА» является единственной организацией в стране и, возможно, в мире, которая в полном объеме владеет тремя основными технологиями построения портативных источников нейтронов в виде запаянных электровакуумных приборов: вакуумные нейтронные трубки, газонаполненные нейтронные трубки, камеры плазменного фокуса. На основе этих источников нейтронов создаются генераторы нейтронов самого различного назначения. Применение генераторов нейтронов связано, во-первых, с возможностью реализации на их основе дистанционного анализа элементного состава вещества, а, во-вторых – прямого воздействия на ядерные материалы и некоторые виды клеток живых организмов.
Наиболее широкое применение нейтронные генераторы нашли в таких областях науки и техники, как:
- каротаж нефтегазовых месторождений;
- каротаж рудных, в том числе урановых, месторождений;
- элементный анализ для контроля технологических процессов промышленных, в том числе, металлургических производств;
- учет и контроль ядерных материалов и радиоактивных отходов;
- досмотровые системы, дистанционно выявляющие несанкционированное перемещение взрывчатых веществ, ядерных материалов и других опасных веществ;
- исследование сборок и атомных реакторов;
- исследования элементного состава космических объектов;
- противораковые терапевтические системы.
ВНИИА – уникальное в мире предприятие по разработке и производству полной гаммы генераторов для геофизики, научных исследований и антитеррористической деятельности.
Во ФГУП «ВНИИА» в течение последних 25 лет создано несколько поколений генераторов нейтронов и аппаратуры для применения в указанных областях.
Крайне важным является то, что нейтронные генераторы ВНИИА не уступают по характеристикам лучшим зарубежным образцам, а по ряду параметров их превосходят, что обеспечивает условия для полного импортозамещения этого класса изделий в стране.
Более 200 образцов нейтронных генераторов поставлено почти во все страны СНГ, а также в Германию, Австрию, США, КНР, Вьетнам, Аргентину, Польшу, Индию, Южную Корею, Японию, Израиль, Великобританию, Канаду, Норвегию.
Оборудование и услуги | DEHN Russia
В лабораториях DEHN, обладающих уникальными возможностями, можно воспроизводить импульсные токи и напряжения с различной амплитудой, длительностью фронта и временем полуспада, что позволяет имитировать помехи различного происхождения. В лабораториях установлено следующее испытательное оборудование:
- Генератор импульсных токов, который позволяет моделировать токи молнии до 200 кА (10/350мкс), что соответствует токам, возникающим при реальных разрядах молнии. Таким образом можно имитировать эффект прямого попадания молнии в компоненты и системы.
- Испытательный генератор, позволяющий моделировать электрическую дугу, имитирующую длительное протекание тока молнии с зарядом до 1000 Кл, что позволяет провести испытания на устойчивость материала к проплавлению в точке удара молнии.
- Генераторы импульсных токов до 200 кА (8/20 мкс), вырабатывающие импульсы токов, имитирующих вторичные воздействия молнии и процессы коммутации.
- Генераторы импульсных напряжений до 120 кВ (1,2/50 мкс), позволяющие имитировать напряжение, воздействующее на изоляцию электрооборудования при разрядах молнии.
- Гибридные генераторы, позволяющие провести испытания на устойчивость электронного оборудования в рамках исследования электромагнитной совместимости (ЭМС).
- Испытательное оборудование для установок постоянного тока в комбинации с генератором импульсных токов до 50 кА (8/20 мкс), позволяющее воспроизводить импульсные воздействия амплитудой напряжения до 1500 В и тока до 5000 А длительностью до 50 мс, что имитирует вторичные воздействия молнии на электрооборудование постоянного тока.
- Специализированное испытательное оборудование для фотогальванических установок, имитирующее воздействия до 1500 В и 100 А.
- Испытательный трансформатор в комбинации с генератором импульсных токов 100 кА (8/20 мкс), позволяющий имитировать сопровождающие токи 50 кАrms и проводить испытания УЗИП на устойчивость к токам короткого замыкания и способность их гашения.
- Генераторы импульсных токов, используемые для испытаний телекоммуникационного оборудования в соответствии с требованиями международного союза электросвязи (ITU).
- Многоступенчатый генератор импульсных токов, позволяющий имитировать разряды многокомпонентных молний (до четырех импульсов 25 кА (8/20 мкс)).
Импульсный генератор
Описание
Блок Pulse Generator генерирует импульсы прямоугольной волны равномерно. Параметры формы волны блока, Amplitude, Pulse Width, Period, и Phase delay, определяют форму выходной формы волны. Следующая схема показывает, как каждый параметр влияет на форму волны.
Блок Pulse Generator может испустить скаляр, вектор или матричные сигналы любого типа данных real. Чтобы испустить скалярный сигнал, используйте скаляры, чтобы задать параметры формы волны. Чтобы испустить сигнал вектора или матрицы, используйте векторы или матрицы, соответственно, чтобы задать параметры формы волны. Каждый элемент параметров формы волны влияет на соответствующий элемент выходного сигнала. Например, первый элемент векторного амплитудного параметра определяет амплитуду первого элемента векторного выходного импульса. Все параметры формы волны должны иметь те же размерности после скалярного расширения. Тип данных выхода совпадает с типом данных параметра Amplitude.
Блок выход может быть сгенерирован в основанных на времени или основанных на выборке режимах, определенных параметром Pulse type.
Основанный на времени режим
В основанном на времени режиме, Simulink® вычисляет выход блока только время от времени, когда выход на самом деле изменяется. Этот подход приводит к меньшему количеству расчетов для блока, выведенного за период времени симуляции. Активируйте этот режим путем установки параметра Pulse type на Time based.
Блок не поддерживает основанную на времени настройку, которая приводит к постоянному выходному сигналу. Simulink возвращает ошибку, если параметры Pulse Width и Period удовлетворяют любому из этих условий:
Period*PulseWidth200=0Period*PulseWidth200=Period
В зависимости от характеристик импульсного сигнала могут варьироваться интервалы между изменениями в блоке выход. Поэтому основанный на времени блок Pulse Generator имеет переменный шаг расчета. Цвет шага расчета таких блоков является коричневым (информация о Шаге расчета вида на море для получения дополнительной информации).
Simulink не может использовать решатель фиксированного шага, чтобы вычислить выход основанного на времени импульсного генератора. Если вы задаете решатель фиксированного шага для моделей, которые содержат основанные на времени импульсные генераторы, Simulink вычисляет фиксированный шаг расчета для основанных на времени импульсных генераторов. Затем основанные на времени импульсные генераторы симулируют как базирующаяся выборка.
Если вы используете решатель фиксированного шага, и Pulse type является Time based, выберите шаг измеряют таким образом, что период, задержка фазы и ширина импульса (в секундах) являются целочисленными множителями размера шага решателя. Например, предположите, что периодом является 4 секунды, шириной импульса является 75% (то есть, 3 s), и задержкой фазы является 1 s. В этом случае вычисленным шагом расчета является 1 s. Поэтому выберите размер фиксированного шага 1 или номер, который делит 1 точно (например, 0.25). Чтобы гарантировать эту установку, выберите auto на панели Solver диалогового окна Configuration Parameters.
Основанный на выборке режим
В основанном на выборке режиме блок вычисляет свои выходные параметры в фиксированные интервалы, которые вы задаете. Активируйте этот режим путем установки параметра Pulse type на Sample based.
Важное различие между основанными на времени и основанными на выборке режимами – то, что в основанном на времени режиме, блок выход основан на времени симуляции, и в основанном на выборке режиме, блок выход зависит только от симуляции, запускаются, независимо от прошедшего времени симуляции.
Этот блок поддерживает семантику сброса в основанном на выборке режиме. Например, если блок Pulse Generator находится в восстановленной подсистеме, которая поражает триггер сброса, блок выходной сброс к его начальному условию.
Генератор импульсов» Заметки по электронике
Ключевые моменты о генераторах импульсов: что они из себя представляют; как они работают; как их можно использовать.
Генераторы сигналов включает:
Основы генератора сигналов
Типы генераторов сигналов: Основы генератора радиочастотных сигналов Генератор сигналов произвольной формы Генератор функций Генератор импульсов
Генераторы импульсов представляют собой элементы электронного испытательного оборудования, которые используются для генерации импульсов – обычно прямоугольных импульсов.
Эти генераторы импульсов используются для самых разных приложений, но чаще всего в качестве стендового испытательного оборудования при разработке логических схем различных форм.
Генераторы импульсов можно использовать для генерации импульсов, которые могут стимулировать логическую схему.
Для того, чтобы обеспечить правильные типы импульсов, требуется значительная степень регулировки импульсов с точки зрения длины, задержки, частоты повторения и т.п.
Многие функции генератора импульсов аналогичны функциям генератора функций или генератора сигналов произвольной формы.В результате многие генераторы функций или сигналов произвольной формы включают в себя функции генератора функций, что делает их универсальными измерительными приборами.
Основы генератора импульсов
Генераторы импульсовиспользуются для подачи импульсов для использования в различных электронных приложениях. Обычно генераторы импульсов обеспечивают ряд функций и возможностей:
- Генерация прямоугольных импульсов Как следует из названия, генератор импульсов предназначен для генерации импульсов прямоугольной формы, часто способных управлять логическими схемами, хотя они не обязательно ограничиваются только этим типом приложений.
- Ширина импульса: Для создания различных сигналов можно изменять ширину импульса.
- Частота повторения : Частота повторения является ключевым параметром. При использовании в режиме «свободного хода» частота повторения может варьироваться.
- Запуск по импульсу: Используя внешний сигнал, можно запустить генератор импульсов. Импульсный запуск обычно может происходить либо по отрицательному, либо по положительному фронту с помощью переключателя выбора.
- Задержка импульса: Когда запускается импульс, обычно можно выбрать задержку для импульса от генератора импульсов. Эта задержка регулируется.
- Амплитуда импульса: Хотя амплитуда импульса обычно требуется для управления логическими схемами, амплитуда обычно регулируется. По крайней мере, это необходимо, потому что сегодня используется много стандартных логических уровней.
- Время нарастания и спада импульса: Для некоторых приложений может потребоваться настройка времени нарастания и спада логических выходов.Эта функция доступна на многих генераторах импульсов.
Генераторы импульсов могут использовать либо цифровые, либо аналоговые технологии, либо их комбинацию. Такие элементы, как запуск и генерация импульсов, почти наверняка будут использовать цифровую технологию, но такие аспекты, как управление временем нарастания и спада генератора импульсов, скорее всего, будут использовать аналоговые технологии.
Генератор импульсов TTL
Часто для создания логических выходов ТТЛ требуются генераторы импульсов. Эти генераторы можно назвать генераторами импульсов ТТЛ.Их выходные уровни будут соответствовать стандартным уровням TTL 0 и 5V.
Хотя уровни TTL широко используются, существует множество различных семейств схем TTL, которые использовались, включая стандартный TTL, маломощный, маломощный Schottky и многие другие версии TTL. Однако приняты стандартные определения уровней TTL.
| TTL “Определение” | Низкий (В) | Высокий (В) |
|---|---|---|
| Определение входного сигнала TTL | 0–0.8 | 2,2–5 |
| Часто пределы TTL ограничиваются более узким пределом для повышения устойчивости и т. д. | 0–0,4 | 2,6–5 |
Для элемента испытательного оборудования, такого как генератор импульсов TTL, должны быть приняты более узкие пределы TTL.
Многоканальные генераторы импульсов
Некоторые из более поздних генераторов импульсов называются многоканальными генераторами импульсов. Эти многоканальные генераторы импульсов могут создавать несколько каналов импульсов с независимой шириной импульса и задержкой с независимыми выходами и даже независимой полярностью.
Эти генераторы импульсов часто используются для синхронизации, задержки, стробирования и запуска нескольких устройств, часто в отношении одного события. Это означает, что хотя выходы независимы, все они так или иначе связаны с одним и тем же источником. Это позволяет связывать гораздо более сложные системы из одного источника, хотя и с разными задержками и т. д.
Также можно мультиплексировать синхронизацию нескольких каналов на один канал, чтобы запускать или стробировать одно и то же устройство несколько раз.
Другие тестовые темы:
Анализатор сетей передачи данных
Цифровой мультиметр
Частотомер
Осциллограф
Генераторы сигналов
Анализатор спектра
LCR-метр
Измеритель наклона, ГДО
Логический анализатор
ВЧ измеритель мощности
Генератор радиочастотных сигналов
Логический пробник
PAT-тестирование и тестеры
Рефлектометр во временной области
Векторный анализатор цепей
PXI
ГПИБ
Граничное сканирование / JTAG
Получение данных
Вернуться в меню “Тест”.. .
Генераторы импульсов | ТестЭквити
{{vm.category.shortDescription}}
{{вм.products.pagination.totalItemCount}} {{‘Элементы’.toLowerCase()}} {{ vm.noResults? “Нет результатов для” : “результаты для” }}
{{vm.query}} {{ vm.noResults? “Нет результатов для” : “результаты для” }} {{vm.query}} в {{vm.searchCategory.shortDescription || vm.filterCategory.Краткое описание}}| Описание | {{section.nameDisplay}} | Наличие | Цена по прейскуранту | У/М | |
|---|---|---|---|---|---|
|
{{продукт.erpNumber}} № MFG: {{product.manufacturerItem}} Моя часть №: {{product.customerName}} |
{{вм.attributeValueForSection(раздел, продукт)}} |
Цена уточняется по телефону: (800) 950-3457 |
{{продукт.описание единицы измерения || product.unitOfMeasureDisplay}} |
К сожалению, поиск не дал результатов.
К сожалению, товаров не найдено.
Вы достигли максимального количества предметов (6).Пожалуйста, ‘Сравните’ или удалите элементы.
× Вы не можете выбрать более 3 атрибутов.({{vm.productsToCompare.length}}) {{vm.productsToCompare.length > 1 ? «Предметы» : «Предмет»}}
Цифровой генератор импульсов/задержек — DG535
Цифровой генератор задержки DG535
Цифровой генератор импульсов и задержки DG535 обеспечивает четыре точно синхронизированных логических перехода или два независимых импульсных выхода.Разрешение задержки на всех каналах составляет 5 пс, а межканальное дрожание обычно составляет 50 пс. Выходы BNC на передней панели передают импульсы TTL, ECL, NIM или переменного уровня (от -3 до +4 В) на нагрузку 50 Ом или нагрузку с высоким импедансом. Благодаря высокой точности, низкому джиттеру и широкому диапазону задержки датчик DG535 идеально подходит для систем лазерной синхронизации, автоматизированного тестирования и прецизионных импульсных приложений.
Выходы задержки
Имеется четыре выходных канала задержки: A, B, C и D. Логические переходы этих выходов могут быть задержаны от внутреннего или внешнего триггера до 1000 секунд с шагом 5 пс.Импульс T0, который отмечает начало временного цикла, генерируется триггерным сигналом. Задержка включения между внешним триггером и импульсом T0 составляет около 85 нс.
Задержки для каждого канала могут быть “связаны” с T0 или любым другим каналом задержки. Например, вы можете указать задержки четырех каналов как:
A = T0 + 0,00125000
B = A + 0,00000005
C = T0 + 0,10000000
D = C + 0,00100000
В этом случае при изменении задержки A выход B будет перемещаться вместе с ней.Это полезно, например, когда A и B задают импульс, и вы хотите, чтобы ширина импульса оставалась постоянной при изменении задержки импульса. Независимо от того, как указана задержка, каждый выход задержки будет оставаться активным до 800 нс после истечения времени задержки всех задержек. После этого задержки не будут подтверждены, и устройство будет готово начать новый временной цикл.
Импульсные выходы
В дополнение к четырем выходам задержки имеется четыре канала импульсных выходов: AB, -AB, CD и -CD.Передний фронт импульса AB совпадает с передним фронтом более раннего из A или B, а задний фронт AB совпадает с передним фронтом более позднего из B или A. Например, в предыдущем примере 50 нс на выходе AB появится импульс, а на CD — импульс длительностью 1 мс. Таким образом можно генерировать импульсы длительностью до 4 нс (FWHM). Дополнительные выходы (-AB и -CD) обеспечивают импульс с одинаковой синхронизацией и инвертированной амплитудой.
Контроль выходной амплитуды
Каждый выход задержки и импульса имеет независимо регулируемое смещение и амплитуду, которые можно установить в диапазоне от -3 В до 4 В с разрешением 10 мВ.Максимальный переход для каждого выхода ограничен 4 В. Кроме того, вы также можете отдельно выбрать 50 Ом или высокоимпедансную оконечную нагрузку для каждого выхода. Также можно выбрать предустановленные уровни, соответствующие семействам стандартной логики. Уровни TTL, NIM и ECL можно выбрать одним нажатием клавиши.
Запуск
DG535 может иметь внутренний запуск в диапазоне от 1 мГц до 1 МГц с четырехразрядным частотным разрешением. Также поддерживаются внешние, одиночные и пакетные триггеры.Для приложений управления питанием DG535 можно синхронизировать с сетью переменного тока. Дополнительный вход запрета запуска позволяет включать или отключать запуск с помощью входного сигнала TTL.
Выходы ±32 В
Для приложений, требующих более высокого напряжения, доступна опция высокого напряжения на задней панели (±32 В). Эта опция обеспечивает пять разъемов BNC на задней панели, которые выводят импульсы длительностью 1 мкс во время переходов выходов T0, A, B, C и D на передней панели. Опция высокого напряжения не влияет на функцию или синхронизацию выходов на передней панели.Амплитуда выходов на задней панели примерно в 8 раз больше соответствующей амплитуды на передней панели, а выходы рассчитаны на нагрузку 50 Ом. Поскольку на эти выходы может поступать только средний ток 0,8 мА, зарядка и разрядка емкости кабеля могут быть наиболее важным фактором, ограничивающим ток, который следует учитывать при их использовании (при условии, что нагрузка высокоомная). При этом средний ток равен: I = 2Vtf/Z, где V – размер шага импульса, t – длина кабеля по времени (5 нс на метр для РГ-58), f – частота следования импульсов, Z — волновое сопротивление кабеля (50 Ом для RG-58).
Внутренняя или внешняя временная база
В качестве временной базы для DG535 могут использоваться как внутренние, так и внешние опорные значения. Внутренняя временная развертка может быть либо стандартной временной базой кварцевого генератора 25 ppm, либо дополнительным кварцевым генератором с температурной компенсацией 1 ppm (TCXO). Внутренняя временная развертка доступна в виде прямоугольной волны 1 Vpp на разъеме BNC на задней панели. Этот выход способен управлять нагрузкой 50 Ом и может использоваться для обеспечения основной временной развертки для других генераторов задержки.Любой внешний опорный сигнал частотой 10,0 МГц с амплитудой 1 Vpp также можно использовать в качестве внешней временной развертки.
Модули быстрого нарастания и спадаИксМодули быстрого нарастания и спада ДГ535 |
Модули быстрого нарастания и спада времени
Доступны внешние линейные модулидля уменьшения времени нарастания или спада выходных сигналов DG535 до 100 пс.В этих модулях используются диоды ступенчатого восстановления для увеличения времени нарастания (вариант SRD1) или времени спада (вариант O4B). Тройник смещения (опция O4C) позволяет использовать эти модули с дополнительными выходами на задней панели для создания ступеней до 15 В. Для амплитуд ступеней менее 2,0 В быстродействующие модули времени перехода следует прикреплять непосредственно к передней панели. DG535.
Простота использования, простота программирования
Все функции прибора доступны через простой, интуитивно понятный интерфейс на основе меню.Задержки можно вводить с помощью цифровой клавиатуры в виде фиксированной точки или в экспоненциальном представлении, а также с помощью клавиш курсора для выбора и изменения отдельных цифр. 20-символьный ЖК-дисплей с подсветкой позволяет легко просматривать настройки задержки при любых условиях освещения.
В стандартную комплектацию DG535 входит интерфейс GPIB (IEEE-488). Все функции прибора можно запрашивать и настраивать через интерфейс. Вы даже можете отображать символы, полученные DG535 через интерфейс, на ЖК-дисплее на передней панели.Это может быть полезно при отладке программ, которые отправляют команды на прибор.
DG535 Временная диаграмма
Цикл синхронизации инициируется внутренним или внешним триггером. T0 утверждается примерно через 85 нс после внешнего триггера. Выходы A, B, C и D активируются относительно T0 после их запрограммированных задержек. Все выходные сигналы возвращаются на низкий уровень примерно через 800 нс после самой длинной задержки. Импульсные выходы AB и CD переходят в высокий уровень на интервал времени между соответствующими им каналами задержки.
| t триггер | >5 нс |
| t цикл | >1 мкс + максимальная задержка |
| t ID | <85 нс |
| t ЗАНЯТО | <800 нс + максимальная задержка |
| t A,B,C,D | от 0 до 999.999 999 999 995 с |
: типы, характеристики, области применения
Генераторы импульсов — это электрическое испытательное оборудование, используемое для генерации импульсов, которые вводятся в тестируемые устройства для изучения поведения этих устройств. Базовые генераторы импульсов позволяют пользователям управлять:
- частота или частота повторения импульсов
- ширина импульса
- импульсный высоковольтный и импульсный низковольтный уровни
- задержка для внутреннего или внешнего триггера
Более сложные продукты позволяют контролировать время нарастания и время спада импульсов.Для формирования выходных сигналов генераторы импульсов могут использовать аналоговые методы, цифровые методы или и то, и другое. Например, аналоговая схема может использоваться для управления такими параметрами, как амплитуда импульса, время нарастания и время спада. Цифровые элементы управления могут использоваться для определения частоты повторения импульсов и их продолжительности.
Технические характеристики
Выбор генераторов импульсов требует понимания технических характеристик и параметров продукта. Частота или частота повторения импульсов — это среднее количество импульсов в единицу времени в течение заданного периода.Ширина импульса или длина импульса — это интервал между первым и последним случаями, когда мгновенная амплитуда достигает заданной доли пиковой амплитуды импульса. Генератор импульсов высокого напряжения и генератор импульсов низкого напряжения – это, соответственно, самое высокое и самое низкое напряжения, которые могут производить изделия. Время нарастания — это время, в течение которого выходной сигнал поднимается с низких уровней из-за пикового значения. И наоборот, время спада — это измерение того, сколько времени требуется заднему фронту импульса для перехода от более высокого эталонного значения к более низкому эталонному значению амплитуды.При выборе генераторов импульсов задержки для внутренних и внешних триггеров также являются важными характеристиками, которые следует учитывать.
Приложения
Генераторы импульсовразличаются по областям применения и допускам. Хотя большинство продуктов являются источниками напряжения, также доступны генераторы импульсов тока. В дополнение к вводу импульсов в тестируемое устройство генераторы импульсов, которые также функционируют как цифровые генераторы задержки, могут использоваться в качестве стимула или тактового сигнала. Например, генераторы импульсов, которые работают как цифровые генераторы задержки, могут использоваться для управления лазерами, модуляторами или оптическими компонентами.Выходы генератора импульсов также могут формировать сигнал модуляции для генератора сигналов, электронного устройства, которое генерирует повторяющиеся электронные сигналы в аналоговой или цифровой форме.
Стандарты
Что касается разрешений, генераторы импульсов могут иметь знаки одобрения от Underwriters Laboratories (UL) или Канадской ассоциации стандартов (CSA).
Связанная информация
IEEE Spectrum — Электромагнитная война уже здесь
IEEE Spectrum — интеллектуальные нейронные стимуляторы «Слушай тело»
Изображение предоставлено:
Национальные инструменты
Генераторы импульсов
| Цель-TTi
Цифровые генераторы / генераторы функций DDS
Цифровые генераторы используют цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) для создания формы сигнала из значений, хранящихся в памяти.Базовые генераторы предлагают только синусоидальные и прямоугольные волны до максимальной частоты генератора. Волны треугольника и другие формы волны ограничены гораздо более низкой частотой. Прямой цифровой синтез (DDS) — это метод создания аналогового сигнала; обычно синусоида; генерируя изменяющийся во времени сигнал в цифровой форме и затем выполняя цифро-аналоговое преобразование. DDS предлагает быстрое переключение между выходными частотами, точное частотное разрешение и работу в широком диапазоне частот.
Генераторы произвольной формы
Генератор произвольной формы описывает класс цифровых генераторов, потенциально способных воспроизводить сигнал любой формы. Существует два совершенно разных способа создания сигналов произвольной формы: DDS и Variable Clock.Генераторы сигналов произвольной формы: прямой цифровой синтез (DDS)
Эти генераторы используют DDS для создания как стандартных сигналов (режим функционального генератора), так и сигналов произвольной формы. Чаще всего они описываются как Генераторы функций/произвольных сигналов или Генераторы сигналов произвольной формы (AFG).Серия Aim-TTi TGF4000 представляет собой новейшее и наиболее точное использование технологии DDS и архитектуры цифрового управления для обеспечения максимальной производительности DDS в генераторе функций/произвольных сигналов/импульсов.Произвольные генераторы: переменная синхронизация
Эти генераторы также используют DDS для создания сигналов стандартной формы (режим функционального генератора), но используют переменную синхронизацию для генерации сигналов произвольной формы. Они могут быть описаны как универсальные генераторы сигналов произвольной формы или просто генераторы сигналов произвольной формы (AWG) или генераторы сигналов произвольной формы с переменной тактовой частотой.Генераторы сигналов произвольной формы с переменной тактовой частотой позволяют связывать, зацикливать и секвенировать сигналы. Сигналы произвольной формы могут воспроизводиться с заданной частотой сигнала, периодом или частотой дискретизации. В качестве тактового генератора также можно использовать внешний тактовый генератор. Архитектура True Arb позволяет избежать джиттера тактовых импульсов, связанного с генераторами сигналов произвольной формы DDS.Генераторы аналоговых функций
Аналоговые генераторы используют генератор, управляемый напряжением, для генерации треугольной формы волны переменной частоты.Синусоиды и прямоугольные волны генерируются из этого. DDS в значительной степени заменил аналоговый в современных генераторах функций. Использование аналоговой технологии в настоящее время ограничено недорогими базовыми генераторами и высокопроизводительными источниками сигналов с очень низким уровнем искажений. Преимущества аналоговых генераторов ограничены чистотой формы волны. Серия Aim-TTi TG300 является хорошим примером недорогих аналоговых функциональных генераторов.Генераторы импульсов
В отличие от генераторов функций на основе DDS, генераторы импульсов работают с очень низким джиттером и высоким разрешением ширины импульса и задержки.Они также могут работать в асинхронном режиме с низким джиттером. Это заметно отличается от импульсной функции большинства генераторов функций DDS, где ширина и задержка определяются системным тактовым периодом и на один-два порядка менее точны.Серия Aim-TTi TGP3100 — это настоящие генераторы импульсов, использующие все цифровые технологии. Они могут воспроизвести возможности традиционных аналоговых генераторов импульсов, добавляя множество дополнительных возможностей, таких как модуляция импульсов.
Генераторы импульсов и генераторы задержки
Компания Quantum Composers предлагает своим клиентам инновации и ценность благодаря разнообразному семейству прецизионных генераторов импульсов задержки. Широкий спектр технологий генераторов импульсов был создан для удовлетворения потребностей любого бюджета и области применения. Наши генераторы сигналов прямоугольной формы обеспечивают экономичный метод создания и синхронизации нескольких последовательностей, запуска с задержкой или любой серии событий с точным временем.
Наибольшее количество генераторов с задержкой отправляется за 7 рабочих дней!
Серия 9520
Генераторы импульсов
-
Разрешение по времени 250 пс
-
Джиттер менее 50 пс
-
2, 4 или 8 выходных каналов
-
Модульная, высокоточная модель
9200 Сапфировая серия
Генераторы импульсов
-
Временное разрешение 10 нс
-
Джиттер менее 500 пс
-
2 или 4 выходных канала
-
Компактный с пользовательским графическим интерфейсом
Генераторы импульсов серии 8000 (уровень платы)
-
2 модели на уровне доски
-
Временное разрешение 1 нс или 250 пс
-
2, 4 или 8 выходных каналов
-
Дополнительный блок питания
Серия 9530
Генераторы импульсов
-
Разрешение по времени 250 пс
-
Джиттер менее 50 пс
-
4 или 8 выходных каналов
-
Готовая к установке в стойку модель
Серия 9200+ Sapphire
Генераторы импульсов
-
Временное разрешение 5 нс
-
Джиттер менее 50 пс
-
2 или 4 выходных канала
-
Компактный с пользовательским графическим интерфейсом
Серия 9420
Генераторы импульсов
-
Временное разрешение 10 нс
-
Джиттер 400 пс
-
2, 4 или 8 выходных каналов
-
Гибкая лабораторная стандартная модель
9250 Изумрудная серия
Генераторы импульсов
-
Разрешение по времени 5 пс
-
Джиттер менее 50 пс
-
4 выходных канала
-
Компактный с пользовательским графическим интерфейсом
Генераторы импульсов серии 8200 (уровень платы)
Frontiers | Недорогой программируемый генератор импульсов для физиологии и поведения
Введение
Схемы импульсов напряжения обычно используются в нейрофизиологических исследованиях для точного управления изоляторами стимулов (Flaherty and Graybiel, 1994; Bisley et al., 2001; Коэн и Ньюсом, 2004 г.; Histed et al., 2009), источники света для оптогенетических манипуляций (Boyden et al., 2005; Cardin et al., 2009), сенсорные стимулы (Soto-Faraco et al., 2002) и для синхронизации событий между инструментами (Nikolic и др., 2009). Последовательности импульсов также могут быть вызваны определенным экспериментальным обстоятельством, обеспечивая обратную связь с обратной связью с малой задержкой (Girardeau et al., 2009; Venkatraman et al., 2009; Berényi et al., 2012; Newman et al., 2013). . В продаже имеются специализированные для этих целей лабораторные приборы, например Master 8 (AMPI), PSG-2 (ISSI), Pulsemaster A300 (WPI), BPG-1 (Bak Electronics), StimPulse PGM (FHC Inc.) и Multistim 3800 (AM Systems). Коммерческие решения получили широкое распространение, однако их стоимость является ограничением в исследовательских и образовательных учреждениях с ограниченным финансированием. В качестве проприетарных инструментов исследователи также не могут добавлять аппаратные или программные функции, которые соответствовали бы их уникальным потребностям: например, реализовать собственный набор правил срабатывания в прошивке или разработать интерфейс для устройства на желаемом языке программирования. Эта гибкость может быть особенно полезной для экспериментального дизайна в системной нейробиологии, где интеграция пользовательских инструментов часто используется для измерения и контроля поведения (Brunton et al., 2013), получать нейронные данные (Yamamoto and Wilson, 2008; Karlsson and Frank, 2009) и стимулировать мозг как электрически (O’Doherty et al., 2009), так и оптически (O’Connor et al., 2013).
Чтобы удовлетворить эти потребности, мы разработали Pulse Pal (рис. 1), генератор последовательности импульсов с открытым исходным кодом, стоимостью ~ 210 долларов США в легкодоступных частях, с основными функциями, сравнимыми с коммерческими стимуляторами.
Рис. 1. Pulse Pal — программируемый генератор последовательности импульсов.(A) Pulse Pal, вид спереди, иллюстрирующий элементы передней панели. 1: Высококонтрастный OLED-экран позволяет программировать с помощью джойстика для автономного использования. 2: Изготовленный на заказ акриловый корпус с лазерной резкой. 3: Два оптически изолированных цифровых канала запуска. 4: джойстик для большого пальца. 5: Крыло для монтажа в стойку. 6: Индикаторы активности канала загораются, когда напряжение канала не соответствует установленному напряжению покоя (т. е. во время импульса). 7: Каждый из четырех аналоговых выходных каналов может быть запрограммирован на независимые последовательности импульсов и связан с любым каналом запуска. (B–E) Пример последовательности импульсов, выделенный черным цветом, полученный с помощью осциллографа (см. методы). Кривые напряжения запуска показаны красным цветом. (B) A Выходной канал Pulse Pal, сконфигурированный для подачи последовательности прямоугольных импульсов 5 В, длительностью 100 мкс с интервалами 200 мкс. (C) Последовательность двухфазных импульсов +/-5 В длительностью 100 мкс, стробированных программно для создания пакетов импульсов. Режим триггерного канала, установленный на «переключение», прерывает текущую последовательность импульсов в середине пакета, когда поступает второй импульс. (D) Последовательность импульсов длительностью 500 мкс с настраиваемыми временем начала и напряжением.Импульсы с последовательным временем начала сливаются, образуя более сложные формы сигналов (справа). (E) Последовательность последовательных импульсов длительностью 100 мкс, напряжение и время начала которых настроены для генерации одного периода синусоидального сигнала. Выходной канал использует «циклический режим» для повторения синусоидального сигнала до тех пор, пока не закончится параметрически заданная последовательность импульсов. Режим триггерного канала был установлен на режим «импульсного стробирования», чтобы прерывать последовательность импульсов, когда ее напряжение становилось низким.
Дизайн системы
Оборудование
Pulse Pal был разработан для сборки на лабораторном паяльном столе примерно за 1 час с использованием минимального количества инструментов: паяльника, припоя, миниатюрной отвертки с крестообразным шлицем и метчика 4–40.Мы предоставляем инструкции по заказу необходимых деталей, сборке устройства и программированию прошивки на вики Pulse Pal. Файлы аппаратного проектирования, драйверы, микропрограммы и программные интерфейсы для устройства в MATLAB, Python и C++ предоставляются в общедоступном репозитории. Собранное устройство и примеры последовательностей импульсов, демонстрирующие основные функции, показаны на рисунке 1.
Основная схема запуска и стимуляцииPulse Pal для одного канала запуска и аналогового вывода показана на рис. 2.Pulse Pal пропускает входящие логические сигналы триггера через ИС оптопары для защиты входных контактов микроконтроллера и снижения вероятности образования контуров заземления. Затем триггерные сигналы считываются микроконтроллером ARM Cortex M3 компании Pulse Pal (STM32F103RBT6, микросистемы ST), предоставляемым как часть платформы микроконтроллеров Maple с открытым исходным кодом (LeafLabs). Микроконтроллер генерирует аналоговые сигналы, управляя внешним 4-канальным цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) IC (MAX500ACPE+, Maxim Integrated Products), сконфигурированным с биполярной выходной схемой, как показано на рис. 9 технического описания MAX500.Эта выходная схема состоит из операционного усилителя (TL084ACN, Texas Instruments) и двух резисторов 10 кОм (R3, R4), которые делят опорное напряжение ЦАП, в совокупности обеспечивая выходные напряжения в диапазоне от -10 до +10 В от каждого (в противном случае однополярные). ) Выходной канал ЦАП. Конденсатор (C1) был добавлен к каждому усилителю для подавления переходных выбросов напряжения. Инструкции по напряжению отправляются на ЦАП по аппаратной последовательной шине 18 МГц. Для биполярной работы в диапазоне от -10 до +10 В ЦАП требует питания с напряжением +/- 12 В постоянного тока.Источником питания является USB-блок питания Maple со встроенным преобразователем постоянного напряжения (CC3-512DF-E, TDK Lambda). Чтобы установить диапазон ЦАП на +/- 10 В, на ЦАП подается отдельное опорное напряжение 10 В от источника питания +12 В с помощью линейного стабилизатора напряжения (L78S10CV, ST Microsystems).
Рис. 2. Принципиальная схема запуска и генерации импульсов . Схема схемы триггера и стимуляции Pulse Pal показана для одного триггера и выходного канала, без дублирования схем для всех остальных каналов.Джойстик для большого пальца, oLED-дисплей, светодиодный индикатор и соединения EEPROM с микроконтроллером были опущены для ясности.
Дополнительные схемы (не показаны на рис. 2) были добавлены для оснащения Pulse Pal для автономной работы. Символьный дисплей oLED (NHD-0216KZW-AB5, Newhaven Display) и двухосевой кнопочный джойстик (802-30110A, P3 America) используются в качестве интерфейса для программирования параметров каждого канала и тестового запуска устройства из дерева меню. реализовано в прошивке. Чтобы сохранить параметры при включении питания, мы добавили внешнюю микросхему EEPROM (на отдельной последовательной шине 9 МГц, чтобы приспособиться к более низкому ограничению тактовой частоты чипа; 25LC640A-I/P, Microchip Technology).Над каждым каналом был добавлен светодиод, указывающий, когда напряжение канала установлено на значение, отличное от его запрограммированного напряжения покоя (т. е. канал подает импульс). Полная схема и макет печатной платы доступны в репозитории Pulse Pal в виде файлов для программного обеспечения Eagle для печатных плат (PCB) (CadSoft) и в виде файлов GERBER для изготовления печатных плат.
Программное обеспечение
Процессор ARM, обслуживающий Pulse Pal, был запрограммирован с помощью специальной прошивки, написанной на производной от LeafLabs языка Arduino — языке программирования на основе C++ для микроконтроллеров AVR и ARM.Прошивка Pulse Pal была запрограммирована на выполнение основного цикла каждые 50 мкс при доставке последовательности импульсов. Выполнение цикла запускается аппаратным таймером, встроенным в микроконтроллер. В каждом цикле микроконтроллер обновляет ЦАП, считывает логику триггерного канала и любые однобайтовые последовательные инструкции USB, вычисляет логику переходов напряжения текущего цикла и регулирует состояние светодиодного индикатора. В последовательных инструкциях USB используется система однобайтовых кодов операций, позволяющая программному клиенту программировать и запускать Pulse Pal, прерывать текущую стимуляцию, устанавливать фиксированные напряжения для выходных каналов или устанавливать логические значения линий ввода-вывода Maple для отладки.Чтобы отличить ее от последующих обновлений, версия микропрограммы, используемая для получения данных о производительности для настоящей публикации, находится в специальной папке в репозитории кода.
Pulse Pal программируется либо с помощью интерфейса джойстика для большого пальца, либо через USB путем установки параметров канала (обозначенных ниже кросс-платформенным синтаксисом курсивом и проиллюстрированных на рисунке 3 для выходных каналов). Один параметр для каждого канала триггера, TriggerMode , управляет тем, как он интерпретирует входящую логику.Предусмотрено три режима запуска: «нормальный», «переключение» и «импульсный строб». В обычном режиме входящий логический импульс запускает все связанные выходные каналы, но последующие запуски игнорируются во время воспроизведения. В режиме переключения последующие триггеры завершают текущие последовательности импульсов на связанных выходных каналах. В импульсном стробированном режиме последовательности импульсов запускаются логическим переходом с низкого уровня на высокий в канале запуска и завершаются последующим переходом с высокого на низкий, если он происходит во время воспроизведения.
Рис. 3.Иллюстрация параметров выходного канала .
Параметры стимула каждого выходного канала могут быть запрограммированы независимо. Выходные каналы могут выдавать либо параметрические последовательности импульсов, либо пользовательские последовательности импульсов, для которых каждый импульс имеет определенное время начала и напряжение. Форма и частота импульса определяются 7 параметрами: IsBiphasic (0, если импульсы однофазные, 1, если двухфазные), Phase1Voltage (напряжение первой фазы, от −10 В до +10 В), Phase2Voltage (тот же диапазон ), Phase1Duration (длительность первой фазы, 0.от 1 с до 3600 с), InterPhaseInterval (время между фазами двухфазного импульса), Phase2Duration и InterPulseInterval (время между импульсами). Последовательности импульсов определяются дополнительными 4 параметрами: BurstDuration (время, в течение которого базовая последовательность импульсов «включена») BurstInterval (период, чередующийся с BurstDuration , в течение которого последовательность импульсов «отключается»), PulseTrainDelay (время между триггером и началом последовательности импульсов) и PulseTrainDuration (длительность последовательности импульсов).Можно определить две пользовательские последовательности импульсов до 1000 импульсов в каждой, при этом пользователь указывает время начала и напряжение каждого импульса. Использование пользовательского поезда на выходном канале выбирается путем установки для параметра канала CustomTrainID ненулевого значения (1 или 2, в зависимости от того, какой поезд). Для пользовательских последовательностей можно настроить два дополнительных параметра: CustomTrainTarget (для времени начала и напряжения; 0, если они относятся к импульсам, 1, если они относятся к пачкам импульсов) и CustomTrainLoop (0, если последовательность импульсов заканчивается после последнего импульса). определено, 1, если последовательность импульсов повторяется от триггера до значения PulseTrainDuration ).Каждый выходной канал имеет три дополнительных параметра: LinkTriggerChannel1 , LinkTriggerChannel2 и RestingVoltage . Первые два из этих параметров определяют, какие триггерные каналы управляют выходным каналом. Третий определяет напряжение покоя выходного канала между фазами импульсов, импульсами и сериями импульсов (0 В по умолчанию).
Файлы дизайна корпуса устройства, который можно вырезать лазером из цельного акрилового листа размером 30,48 × 30,48 см (12″ × 12″), находятся в репозитории.Выгравированный растровым текстом в дизайне обозначены каналы и USB-порты. Световоды (PLP2, Bivar) вдавливаются в отверстия над каждым каналом, направляя свет от индикаторных светодиодов на печатной плате на поверхность корпуса. Корпус крепится к печатной плате с помощью винтов, закрепленных на стойках с резьбой для печатной платы, и содержит съемное крыло для крепления устройства к серверной стойке (показано на рис. 1А).
Показатели надежности и точности
Чтобы проверить Pulse Pal как практическое решение для управления стимулами, мы проверили точность и надежность самых коротких импульсов, которые устройство может обрабатывать как по триггерному, так и по выходному каналам, а также некоторые другие свойства, важные для нейрофизиологических исследований.Все тесты проводились на одном устройстве Pulse Pal, подключенном к управляющему компьютеру (Macbook Pro, Apple).
Хотя выходные каналы обновляются один раз за выполнение основного цикла микроконтроллера длительностью 50 мкс, самый короткий настраиваемый импульс ограничен 100 мкс (чтобы гарантировать, что самый маленький импульс выходного канала также может надежно запускать устройство). Чтобы измерить точность импульса длительностью 100 мкс, мы запрограммировали Pulse Pal на подачу последовательности из трех импульсов длительностью 100 мкс, разделенных интервалом 100 мкс, на все 4 выходных канала каждый раз при обнаружении программного запуска.Первый выходной канал Pulse Pal был подключен к цифровому осциллографу (DS1102D, Rigol). Затем Pulse Pal был программно запущен 100 000 раз в течение 24 часов с помощью пользовательского тестового сценария, написанного на MATLAB r2013a (Mathworks) на управляющем компьютере. После каждого события запуска результирующая форма сигнала возвращалась с осциллографа на компьютер. Pulse Pal генерировал уникальную форму волны из трех импульсов после каждого запуска, демонстрируя высокую надежность программного запуска. Первые 100 последовательностей импульсов показаны на рисунке 4А, выровненные по началу первого импульса, чтобы продемонстрировать дрожание импульса.Ширина импульса всех 300 000 импульсов показана на рисунке 4B. Ширина цикла варьировалась от 96,9 мкс до 102,9 мкс, а 99,97% импульсов находились в пределах 3 мкс от 100 мкс.
Рис. 4. Измерения точности и надежности. (A–B) Для последовательности из трех импульсов длительностью 100 мкс с интервалом между импульсами 100 мкс: (A) первые 100 сигналов, захваченных осциллографом, показаны наложенными друг на друга, а (B) распределение длительности импульсов, измеренное из 100 000 3-импульсные последовательности, захваченные как в (A) . (C–D) Для последовательности одиночных 10-секундных импульсов: (C) сигналов первых 20 испытаний и (D) 10 000 длительностей импульсов. (E) Задержка последовательности импульсов из одного импульса 10 В, 100 мкс, захваченного из выходного канала (показан черным цветом для 100 попыток), была измерена по отношению к импульсу 5 В, 100 мкс, подаваемому на связанный триггерный канал. (показаны красным). (F) Распределение задержки последовательности импульсов для 100 000 попыток. (G) 100 наложенный 78.Импульсы 1 мВ, показывающие наименьшее возможное приращение цифро-аналогового преобразователя и шум канала, вызванный сквозным цифровым сигналом от шины SPI. (H) Одновременное и быстрое установление напряжения на каналах 1 и 4 при подаче импульса +10 В из напряжения покоя -10 В. (I) Время передачи USB показано для сообщения размером 5006 байт, содержащего импульс время и напряжение для пользовательского поезда с 1000 импульсов. Время передачи измерялось аппаратно (HW, черный; с использованием встроенного программного обеспечения, модифицированного для обозначения начала и окончания передачи импульсом напряжения) и программного обеспечения (SW, серый; с использованием часов управляющего компьютера). (J) Импульсы света длительностью 1 мс, полученные путем управления синим диодным лазером с помощью Pulse Pal, преобразованные в напряжение с помощью кремниевого фотодетектора с трансимпедансным усилением (PDA10A, ThorLabs) и зарегистрированные с помощью осциллографа. Отдельные кривые показаны для импульсов напряжения с амплитудой от 78 мВ до 5 В.
Затем мы измерили дрейф тактового сигнала, чтобы гарантировать, что изменчивость синхронизации, которую мы наблюдали в импульсах длительностью 100 мкс, не распространялась. Мы запрограммировали Pulse Pal на подачу одного 10-секундного импульса (охватывающего 200 000 циклов цикла микроконтроллера) при срабатывании.Мы зафиксировали результирующую форму сигнала после 10 000 испытаний с помощью аналогового устройства захвата (NI USB-6210, National Instruments) с частотой дискретизации 100 кГц. 100 примерных импульсных сигналов показаны на рисунке 4C, а все 10 000 импульсов шириной показаны на рисунке 4D. Все импульсы измерялись либо 9,99998 с, либо 9,99997 с, что соответствует постоянному дрейфу часов 3 мкс/с по отношению к часам NI USB-6210.
Для измерения задержки последовательности импульсов и надежности канала запуска мы соединили два Pulse Pal последовательно.Первый запускался компьютером в каждом из 100 000 испытаний. Он генерировал одиночный прямоугольный импульс 5 В длительностью 100 мкс одновременно на двух выходных каналах — один доставлялся на первый канал запуска второго Pulse Pal, а другой — на осциллограф (см. рис. 4H, где показан отдельный эксперимент, демонстрирующий одновременность этих импульсов). ). Второй Pulse Pal генерировал одиночный импульс длительностью 100 мкс на каждом выходном канале при срабатывании его первого канала запуска, который регистрировался с одного выходного канала отдельным каналом осциллографа.На рисунке 4E показаны 100 испытаний. Импульсы запуска от первого (запускающего) Pulse Pal показаны красным цветом, а импульсы от второго Pulse Pal — черным. Все 100 000 захваченных импульсов имели уникальную форму сигнала, что свидетельствует о высокой надежности аппаратного запуска. Задержка выходного канала для всех 100 000 испытаний относительно равномерно варьировалась от 91,0 до 146,7 мкс (рис. 4F).
Затем мы попытались определить, достаточно ли низок канальный шум, чтобы однобитовое приращение ЦАП приводило к неперекрывающимся изменениям напряжения.Поскольку ЦАП MAX500ACPE+, который управляет выходными каналами Pulse Pal, имеет 8-битную точность, отображаемую в диапазоне 20 В (от -10 В до +10 В), его младший значащий бит (LSB) увеличивает напряжение канала на 78,1 мВ. Поэтому мы настроили PulsePal для запуска двух импульсов по 78,1 мВ 100 раз (показано на рисунке 4G). Колебания напряжения в отдельных испытаниях составляли до 8 мВ относительно среднего значения в интервале 100 мс до начала последовательности импульсов и до 65 мВ относительно среднего значения в течение первых 100 мс импульса.Повышенный шум во время воспроизведения был в основном связан с цифровым сквозным сигналом от каналов SPI, управляющих ЦАП (данные не показаны), но оставался значительно меньшим, чем минимальное приращение напряжения ЦАП. В то время как исследователи, желающие еще больше уменьшить цифровую сквозную передачу, могут реализовать несколько компоновок плат и модификаций схем (например, за счет оптической изоляции шины SPI), Pulse Pal может использовать полную разрядность своего ЦАП в его нынешнем виде. что делает его полезным для многих приложений управления в приборах для нейробиологии.Напряжение покоя выходного канала было программно установлено равным 0 В, но в этом эксперименте было измерено значение 10,55 мВ (в пределах 15 мВ «ошибки нулевого кода», указанной для ЦАП MAX500ACPE+ в техническом описании), что указывает на то, что смещение от Заданное значение 0 В присутствовало, но незначительно.
В экспериментах с точно синхронизированными событиями полезно производить сигналы, которые происходят одновременно. Поэтому мы измеряли одновременность обновлений выходных каналов, сравнивая импульсы, запускаемые на первом и последнем выходных каналах.Мы установили первый и четвертый выходные каналы на напряжение покоя -10 В, подали 100 импульсов +10 В и зафиксировали нарастающую форму каждого импульса с помощью осциллографа (рис. 4H). Во всех испытаниях выходное напряжение на обоих каналах стабилизировалось в пределах 100 мВ от +10 В через 3,5 мкс. Это измерение также подтвердило, что скорости нарастания ЦАП и выходного усилителя были достаточно высокими, чтобы генерировать импульсы длительностью 100 мкс, пригодные для большинства приложений в нейрофизиологических исследованиях.
Во многих экспериментах параметры последовательности импульсов и временные данные должны быстро обновляться в ответ на недавно полученную информацию.Поскольку один и тот же микроконтроллер управляет синхронизацией импульсов и USB-связью, Pulse Pal не может быть обновлен во время доставки последовательности импульсов. Поэтому мы стремились обеспечить быстрое получение обновлений между экспериментальными испытаниями. Мы измерили скорость передачи данных USB, отправив последовательность из 1000 импульсов (5006 байт) 100 раз от клиента MATLAB Pulse Pal к Pulse Pal. Для измерения скорости аппаратной передачи без накладных расходов программного обеспечения на стороне клиента прошивка Pulse Pal была изменена, чтобы указать начало передачи данных, установив выходной канал 1–5 В, и конец передачи данных, вернув канал 1–0 В.Результирующий импульс регистрировался осциллографом при каждом испытании. Время передачи на стороне клиента было отдельно измерено для блокирующей команды MATLAB serial fwrite путем добавления к ней команд tic и toc. Передача завершается за 26–35 мс (в среднем 171 КБ/с), а накладные расходы на стороне клиента в среднем увеличиваются на 12 мс (рис. 4I). В соответствии с этим измерением скорости передачи отдельная передача, обновляющая всех параметров канала Pulse Pal для всех каналов (163 байта), была выполнена на аппаратной стороне менее чем за 1 мс (данные не показаны).
Наконец, мы стремились проверить пригодность Pulse Pal для точного оптического управления в оптогенетических экспериментах, используя его для управления синхронизацией и интенсивностью диодного лазера с длиной волны 447 нм. Мы подключили лазер (BML447-50FLD, Lasermate Group) через оптическое волокно (M31L02, ThorLabs) к кремниевому фотодетектору с трансимпедансным усилением (PDA10A, ThorLabs), подали импульсы длительностью 1 мс из выходного канала Pulse Pal на аналоговый вход источника питания лазера. , и зафиксировал полученные осциллограммы с помощью осциллографа (DS1102D, Rigol).Амплитуда импульсов варьировалась от 78 мВ до 5,0 В с шагом 78 мВ. На рис. 4J отдельные кривые, захваченные для каждого напряжения, показаны наложенными друг на друга, для ясности пропущено каждое второе напряжение. Pulse Pal извлекал точно стробированные импульсы света из лазера с программным (хотя и слегка нелинейным) контролем интенсивности света.
Приложения
Управление временем и интенсивностью освещения для оптогенетики
Pulse Pal был первоначально разработан в лабораторных условиях, чтобы обеспечить интуитивно понятный и доступный способ достижения точного временного контроля в экспериментах по оптогенетике (Pi et al., 2013). В этих исследованиях Pulse Pal использовался для управления лазером, соединенным с оптическим волокном, как на рис. 4J, обеспечивая точно синхронизированные последовательности импульсов для фотостимуляции определенных классов интернейронов. В этой роли Pulse Pal представляет собой простую и открытую альтернативу коммерческим генераторам импульсов (например, Master 8 (AMPI), PSG-2 (ISSI), Pulsemaster A300 (WPI), BPG-1 (Bak Electronics), StimPulse PGM ( FHC Inc.) и Multistim 3800 (AM Systems).
Генерация сенсорных шаблонов со стробированием с малой задержкой
В том же исследовании Pulse Pal использовался в качестве программируемого генератора формы волны, обеспечивая простые акустические стимулы с малой задержкой для перцептивной задачи принятия решения «годен/не годен».В этом приложении каждый выходной канал напрямую управлял отдельным динамиком с усилителем. Помимо простых сигналов, используемых в этих экспериментах, для изучения алгоритмической основы принятия решений людьми и животными часто используются звуковые и визуальные пульсирующие стимулы с временным паттерном. Бинауральный поток щелчков Пуассона (Sanders and Kepecs, 2012; Brunton et al., 2013) может быть сгенерирован с использованием пользовательских последовательностей импульсов Pulse Pal, где импульс 100 мкс, 1 В, подаваемый на усиленный динамик наушников, генерирует точно синхронизированный слышимый щелчок.Для визуальных стимулов каждый канал может быть настроен для создания точно синхронизированных визуальных вспышек (Zylberberg et al., 2012) путем стробирования коммерческого светодиодного драйвера (например, BuckPuck, LED Dynamics). Таким образом, стимулы могут быть запущены и остановлены с гораздо меньшей задержкой и более высокой временной точностью, чем коммерческая звуковая карта или компьютерный видеодисплей (Kleiner et al., 2007). Для сенсорных экспериментов по принятию решений, требующих точного временного контроля, Pulse Pal предлагает простую и открытую альтернативу пользовательскому инструментарию.
Общее аналоговое управление лабораторными приборами
Некоторые нейробиологические инструменты используют аналоговые сигналы в качестве интерфейса для управления параметрами устройства. Некоторыми примерами являются зеркала гальванометра для стимуляции лазерного сканирования (например, GVSM002, Thor Labs) и монохроматоры для измерения спектральной настройки в оптогенетике (например, Polychrome V, Till Photonics). Программное управление однополярным напряжением в некоторых случаях может быть осуществлено недорого с помощью платформ микроконтроллеров (например, Arduino) или недорогих устройств автоматизации (например,г., У3, ЛабДжек). Однако для многих устройств (включая два перечисленных выше) требуется управляющее напряжение в стандартном для отрасли диапазоне от -10 В до +10 В, что требует дорогостоящего проприетарного компьютерного оборудования (например, NI PCIe-6323, National Instruments). Для этих приложений Pulse Pal предоставляет недорогой способ аналогового управления.
Замкнутая обратная связь в электрофизиологии
В качестве инструмента временного контроля Pulse Pal дополняет растущий набор инструментов с открытым исходным кодом сбора для исследований в области нейробиологии, которые стали доступны в последние годы.Они варьируются от систем сбора электрофизиологических данных (Rolston et al., 2009; Voigts et al., 2013a) до устройств интерфейса электродов (Voigts et al., 2013b) и программных инструментов для сбора данных (Brainard, 1997; Pologruto et al., 2003; Englitz et al., 2013; Campagnola et al., 2014). Pulse Pal был официально интегрирован в программное обеспечение для одного из этих инструментов, системы сбора данных электрофизиологии Open Ephys, где он предоставляется как один из методов обратной связи с обратной связью с малой задержкой.
Общее обсуждение
Для нашего исследования нам требовался генератор импульсов с высокой точностью в масштабах времени, необходимых для согласования событий стимуляции с потенциалами действия (дрожание времени импульса по крайней мере в 10 раз меньше, чем ширина потенциала действия; рис. 4A, B), низкий дрейф часов (рис. 4C, D), латентность первого импульса (рис. 4E, F), сравнимая с короткими потенциалами действия млекопитающих (Kandel et al., 2000) и высокой надежностью (100 % из 300 000 программных триггеров, 100 % из 100 000 триггерных импульсов длительностью 100 мкс). При разработке Pulse Pal мы осознали, что упрощенное управление синхронизацией импульсов напряжения является общей необходимостью, и расширили масштабы проекта для достижения пяти дополнительных целей: низкая стоимость материалов (210 долларов США), автономная функциональность (рис. 1), сторонняя сборка с общими инструментами (см. иллюстрированное руководство на вики), поддержка распространенных вычислительных платформ и языков программирования (WinXP, Win7, OSX, Ubuntu 14.04; MATLAB, C++, Python) и исчерпывающую онлайн-документацию.
Для выполнения этих задач Pulse Pal предоставляет общий ресурс для точного временного контроля стимуляции и сигналов окружающей среды в лаборатории. Он заключает в себе проблему генерации временных паттернов для многих приложений в физиологии и психофизике, где вместо коммерческого оборудования эта проблема управления часто решалась ad-hoc путем написания специального программного обеспечения для микроконтроллеров (da Silva Pinto et al., 2011; Вейк и др., 2011; Бугай и др., 2013; Хайкала и др., 2013; Охайон и др., 2013 г.; Смаз и др., 2013; Инагаки и др., 2014 г.; Клапоэтке и др., 2014).
Параметрический подходPulse Pal к функциям стимуляции запускает логические правила и мотивы шаблонов стимулов, которые обычно используются в исследованиях в области нейробиологии, однако для пользовательских приложений может потребоваться, чтобы устройство выполняло менее распространенные функции. В отличие от своих коммерческих аналогов, прошивка Pulse Pal предоставляется в открытом доступе с лицензией с открытым исходным кодом.Для облегчения доступа прошивка была написана на языке Arduino — сокращенном наборе синтаксиса C++ с обширной онлайн-документацией для разработчиков, не имеющих опыта программирования. Адаптация Arduino для платформы микроконтроллеров Pulse Pal раскрывает дополнительные функции, характерные для микроконтроллера ARM Cortex M3. Мы ожидаем, что этот более низкий барьер для входа будет использоваться исследователями, использующими оборудование, прошивку и программное обеспечение Pulse Pal в качестве отправной точки для специализированных приложений за пределами своей нынешней ниши.
Заявление о конфликте интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Благодарности
Выражаем благодарность за вклад в Pulse Pal следующим людям: Джошу Зиглу за участие в первоначальной работе над клиентом C++ и обеспечение интеграции с графическим интерфейсом Open Ephys, а также Дуда Квициани, Эбру Демир, Хён-Дже Пи, Балаш Хангья, Джунья Хирокава. , Alex Vaughan, Uri Livneh, Onyekachi Odemene, Matthew Kaufman, Brittany Cazakoff, Steven Shea, Rob Campbell, Ankit Sethi, Ofer Yizhar, Jeffrey Erlich и Gabriella Nyitrai за отзывы во время бета-тестирования.Кроме того, мы благодарны команде LeafLabs и членам форума LeafLabs, особенно пользователям gbulmer , mbolivar , siy и ala32 за частую помощь с платформой Maple. Это исследование было поддержано грантами Национального института здравоохранения США (R01NS07553, R01MH097061) и Фонда Макнайта.
Сноски
- https://sites.google.com/site/pulsepalwiki/home
- https://github.com/PulsePal/PulsePal
- www.open-ephys.org
- www.arduino.cc
- www.leaflabs.com
Каталожные номера
Бисли, Дж. В., Заксас, Д., и Пастернак, Т. (2001). Микростимуляция корковой области МТ влияет на выполнение задания на зрительную рабочую память. J. Нейрофизиол. 85, 187–196.
Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Академия Google
Бойден, Э. С., Чжан, Ф., Бамберг Э., Нагель Г. и Дейссерот К. (2005). Генетически направленный оптический контроль нейронной активности в миллисекундном масштабе. Нац. Неврологи. 8, 1263–1268. doi: 10.1038/nn1525
Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Бугай, Л.Дж., Чокси, А.Т., Месуда, С.К., Кейн, Р.С., и Шаффер, Д.В. (2013). Кластеризация оптогенетических белков и активация передачи сигналов в клетках млекопитающих. Нац. Методы 10, 249–252.doi: 10.1038/nmeth.2360
Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Cardin, J.A., Carlén, M., Meletis, K., Knoblich, U., Zhang, F., Deisseroth, K., et al. (2009). Вождение клеток с быстрым выбросом индуцирует гамма-ритм и контролирует сенсорные реакции. Природа 459, 663–667. doi: 10.1038/nature08002
Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
да Силва Пинто, Массачусетс, де Соуза, Дж.К.С., Барон Дж. и Тьерра-Криолло СиДжей (2011). Недорогое портативное устройство с микроуправлением для многоканальной светодиодной визуальной стимуляции. J. Neurosci. Методы 197, 82–91. doi: 10.1016/j.jneumeth.2011.02.004
Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Жирардо, Г., Бенхенан, К., Винер, С.И., Бужаки, Г., и Зугаро, М.Б. (2009). Избирательное подавление пульсаций гиппокампа ухудшает пространственную память. Нац. Неврологи. 12, 1222–1223. doi: 10.1038/nn.2384
Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Inagaki, H.K., Jung, Y., Hoopfer, E.D., Wong, A.M., Mishra, N., Lin, J.Y., et al. (2014). Оптогенетический контроль дрозофилы с использованием смещенного в красную сторону канала родопсина выявляет зависящее от опыта влияние на ухаживание. Нац. Методы 11, 325–332. doi: 10.1038/nmeth.2765
Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Кандель, Э.Р., Шварц, Дж. Х., и Джесселл, Т. М. (2000). Принципы нейронауки (Том 4). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.
Клапоэтке, Н.К., Мурата, Ю., Ким, С.С., Пулвер, С.Р., Бердси-Бенсон, А., Чо, Ю.К., и соавт. (2014). Независимое оптическое возбуждение отдельных нейронных популяций. Нац. Методы 11, 338–346. doi: 10.1038/nmeth.2836
Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Кляйнер, М., Брейнард, Д., Пелли Д., Инглинг А., Мюррей Р. и Бруссард К. (2007). Что нового в Psychtoolbox-3. Восприятие 36, 1.1–1.16.
Академия Google
Ньюман, Дж. П., Зеллер-Таунсон, Р., Фонг, М.-Ф., Десаи, С. А., Гросс, Р. Э., и Поттер, С. М. (2013). Многоканальные эксперименты с обратной связью с использованием электрофизиологической платформы NeuroRighter с открытым исходным кодом. Фронт. Нейронные цепи 6:98. doi: 10.3389/fncir.2012.00098
Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Николич, К., Гроссман, Н., Грабб, М.С., Берроне, Дж., Тумазу, К., и Дегенаар, П. (2009). Фотоциклы каналродопсина-2. Фотохим. Фотобиол. 85, 400–411. doi: 10.1111/j.1751-1097.2008.00460.x
Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
О’Коннор, Д. Х., Хайрес, С. А., Го, З. В., Ли, Н., Ю, Дж., Сунь, К.-К., и др. (2013). Нейронное кодирование при активном соматоощущении выявляется с помощью иллюзорного прикосновения. Нац. Неврологи. 16, 958–965.doi: 10.1038/nn.3419
Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Пи, Х.-Дж., Хангья, Б., Квициани, Д., Сандерс, Дж. И., Хуанг, З. Дж., и Кепец, А. (2013). Корковые интернейроны, специализирующиеся на растормаживающем контроле. Природа 503, 521–524. doi: 10.1038/nature12676
Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Ролстон, Дж. Д., Гросс, Р. Э., и Поттер, С. М. (2009).Недорогая многоэлектродная система для сбора данных, обеспечивающая обработку в режиме реального времени с обратной связью и быстрое устранение артефактов стимуляции. Фронт. Нейроинж. 2:12. doi: 10.3389/neuro.16.012.2009
Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Смир, М., Ресулай, А., Чжан, Дж., Бозза, Т., и Ринберг, Д. (2013). Множественные воспринимаемые сигналы от одного обонятельного клубочка. Нац. Неврологи. 16, 1687–1691. дои: 10.1038/нн.3519
Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Сото-Фарако, С., Лайонс, Дж., Газзанига, М., Спенс, К., и Кингстон, А. (2002). Чревовещатель в движении: иллюзорный захват динамической информации через сенсорные модальности. Мозг Res. Познан. Мозг Res. 14, 139–146. doi: 10.1016/s0926-6410(02)00068-x
Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Венкатраман, С., Элькабани К., Лонг Дж. Д., Яо Ю. и Кармена Дж. М. (2009). Система для нейронной записи и замкнутой внутрикортикальной микростимуляции у бодрствующих грызунов. IEEE Trans. Биомед. англ. 56, 15–22. doi: 10.1109/TBME.2008.2005944
Опубликовано Резюме | Опубликован полный текст | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Voigts, J., Siegle, J.H., Kemere, C., Moore, C.L., and Wilson, M.A. (2013a). «Недорогая система с открытым исходным кодом для объединения электрофизиологии с большим количеством каналов с оптогенетической обратной связью с обратной связью», в статье, представленной в Обществе неврологии (Сан-Диего, Калифорния).