Рабочий цикл

Доля активности периодической системы

Рабочий цикл определяется как отношение длительности импульса или ширины импульса ( ) к периоду ( ) прямоугольной формы сигнала. ${\displaystyle D}$ ${\displaystyle PW}$ ${\displaystyle T}$

Спектр в зависимости от рабочего цикла

Рабочий цикл или цикл мощности — это часть одного периода , в течение которого сигнал или система активны. ^{[1] [2] [3]} Рабочий цикл обычно выражается в процентах или соотношении. Период — это время, необходимое сигналу для завершения цикла включения и выключения . В качестве формулы рабочий цикл (%) может быть выражен как:

${\displaystyle D={\frac {PW}{T}}\times 100\%}$^[2]

Аналогично, рабочий цикл (коэффициент) может быть выражен как:

${\displaystyle D={\frac {PW}{T}}}$

где — рабочий цикл, — ширина импульса (время активности импульса), — общий период сигнала. Таким образом, рабочий цикл 60% означает, что сигнал включен 60% времени, но выключен 40% времени. «Время включения» для рабочего цикла 60% может составлять долю секунды, день или даже неделю, в зависимости от продолжительности периода. ${\displaystyle D}$ ${\displaystyle PW}$ ${\displaystyle T}$

Рабочие циклы можно использовать для описания процента времени активного сигнала в электрическом устройстве, таком как выключатель питания в импульсном источнике питания , или для описания активации потенциалов действия живой системой, такой как нейрон . ^{[4] [5]}

В некоторых публикациях в качестве символа рабочего цикла используется ^{[6] .} ${\displaystyle \alpha }$

Коэффициент заполнения не имеет единиц измерения и может быть выражен как десятичная дробь или процент.

Альтернативный используемый термин – коэффициент заполнения . ^{[7] [8] [9]}

Приложения

Электрика и электроника

В электронике рабочий цикл — это процент отношения длительности импульса или ширины импульса (PW) к общему периоду (T) формы сигнала. Обычно он используется для представления длительности импульса, когда он высокий (1). В цифровой электронике сигналы используются в форме прямоугольных волн, которые представлены логической 1 и логической 0. Логическая 1 обозначает наличие электрического импульса, а 0 — отсутствие электрического импульса. Например, сигнал (10101010) имеет 50% рабочий цикл, потому что импульс остается высоким в течение 1/2 периода или низким в течение 1/2 периода. Аналогично, для импульса (10001000) рабочий цикл будет составлять 25%, потому что импульс остается высоким только в течение 1/4 периода и остается низким в течение 3/4 периода. Электродвигатели обычно используют менее 100% рабочий цикл. Например, если двигатель работает одну из 100 секунд, или 1/100 времени, то его рабочий цикл составляет 1/100, или 1 процент. ^[10]

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) используется в различных электронных системах, таких как подача питания и регулирование напряжения.

В электронной музыке музыкальные синтезаторы изменяют рабочий цикл своих генераторов звуковой частоты, чтобы получить тонкий эффект на тоновых тонах . Этот метод известен как широтно-импульсная модуляция.

В отрасли принтеров и копировальных аппаратов параметр рабочего цикла относится к номинальной производительности (то есть количеству напечатанных страниц) устройства в месяц.

В источнике питания для сварки максимальный рабочий цикл определяется как процент времени в 10-минутном периоде, в течение которого он может работать непрерывно до перегрева. ^[11]

Биологические системы

Концепция рабочих циклов также используется для описания активности нейронов и мышечных волокон . Например, в нейронных цепях рабочий цикл конкретно относится к пропорции периода цикла, в течение которого нейрон остается активным. ^[5]

Поколение

Один из способов генерировать достаточно точные сигналы прямоугольной волны с коэффициентом заполнения 1/ n , где n — целое число, — это изменять коэффициент заполнения до тех пор, пока n -ая гармоника не будет значительно подавлена. Для сигналов звукового диапазона это можно сделать даже «на слух»; например, снижение на -40  дБ в 3-й гармонике соответствует установке коэффициента заполнения на 1/3 с точностью 1%, а снижение на -60 дБ соответствует точности 0,1%. ^[12]

Соотношение меток и пробелов

Mark-space ratio или mark-to-space ratio — это другой термин для той же концепции, описывающий временную связь между двумя чередующимися периодами формы волны. Однако, в то время как рабочий цикл связывает длительность одного периода с длительностью всего цикла, mark-space ratio связывает длительности двух отдельных периодов: ^[13]

${\displaystyle {\text{mark-space ratio}}={\frac {PW_{\text{on}}}{PW_{\text{off}}}}}$

где и — длительности двух чередующихся периодов. ${\displaystyle PW_{\text{on}}}$ ${\displaystyle PW_{\text{off}}}$

Ссылки

1. Барретт, Стивен Фрэнк; Пак, Дэниел Дж. (2006). «Подсистема синхронизации». Основы микроконтроллеров для инженеров и ученых . Издательство Morgan and Claypool. С. 51–64. ISBN 1-598-29058-4.
2. Cox, James F.; Chartrand, Leo (26 июня 2001 г.). "Несинусоидальные осцилляторы". Основы линейной электроники: интегрированная и дискретная (2-е изд.). Cengage Learning. стр. 511–584. ISBN 0-766-83018-7.
3. "Определение: рабочий цикл". Федеральный стандарт 1037C, "Телекоммуникации: Глоссарий телекоммуникационных терминов" . Боулдер, Колорадо: Институт телекоммуникационных наук. 1996. Получено 3 марта 2011 г.
4. Браун, Мартин (1990). «Как работает импульсный источник питания». Практическое проектирование импульсного источника питания (серия Motorola по твердотельной электронике) . Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. стр. 5–8. ISBN 0-121-37030-5.
5. Harris-Warrick, Ronald; Nagy, Frédéric; Nusbaum, Michael (1992). Harris-Warrick, Ronald; Marder, Eve; Silverston, Alan; et al. (ред.). Динамические биологические сети: стоматогастральная нервная система . Массачусетс: MIT Press. стр. 87–139. ISBN 0-262-08214-4.
6. Сингх, MD (2008-07-07). Силовая электроника. Tata McGraw-Hill Education. ISBN 9780070583894.
7. Рудольф Ф. Граф (1999). Современный словарь электроники . Elsevier Science. стр. 225. ISBN 978-0-08-051198-6.
8. «EN 60469:2013». Standards.cencenelec.eu . Проверено 14 октября 2023 г.
9. "IEC 60469:2013". webstore.iec.ch . Получено 2023-10-14 .
10. "Электрические двигатели". Проектирование машин . Получено 23 марта 2011 г.
11. "Что означает термин рабочий цикл?". ZENA, Inc. сварочные системы . Получено 23 марта 2011 г.
12. Уильям М. Хартманн (1997). Сигналы, звук и ощущение . Springer Science & Business Media. стр. 109. ISBN 978-1-56396-283-7.
13. "555 Timer Astable Circuit" . Получено 19 сентября 2020 г. .