№1781

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РСФСР ПО ДЕЛАМ НАУКИ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ

Таганрогский радиотех­нический институт им. В.Д. КАЛМЫК0ВА

КЭС

Руководство

к лабораторным работам по курсу

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ЭЛЕКТРОРАДИОЭЛЕМЕНТОВ

ЭВС

Таганрог 1992

Составители: Е.Б.Лукьяненко, А.И.Сухоруков, Е.Т.Замков

УДК 621.396.69.001.2(076.5) ♦ 681.3.001(076.5)

Руководство к лабораторным работам по курсу "Конструирование и расчет электрорадиоэлементов ЭВС" / Таганрог, радиотехн. ин-т;

Сост. Е.Б.Лукьяненко, А.И.Сухоруков, Е.Т.Замков.Таганрог,1992. 76 с.

Руководство предназначено для студентов специальности 2205 всех Форм обучения. Содержит указания к выполнению шести лабораторных работ по исследованию линий задержки, импульсных трансформаторов, элементов памяти на магнитных сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса, частотных свойств стандартных резисторов и конденсаторов, устройств отображения информации и оптоэлектронных коммутаторов. В приложении при­ведены упрощенная процедура проведения многофакторного эксперимента и статистической обработки результатов опытов, содержание отчета, инфор­мация об исследуемых элементах и устройствах отображения информации, инструкции по эксплуатации используемых в работах приборов.

Табл.1.Ил.36.Библиогр.: 13 назв.

Рецензент А.И.Чернов, канд.техн.наук ОКБ "Миус".

Оглавление

1. Исследование линий задержки……………….......4

2. Исследование импульсных трансформаторов…15

3. Исследование динамических характеристик

сердечников с ППГ …..18

4. Исследование частотных свойств стандартных

резисторов и конденсаторов………………………23

5. Исследование приборов индикации………........25

6. Исследование оптоэлектронных коммутационных

Элементов……………………………………….....31

7. Библиографический список…………………….43

8. Приложение……………………………………..44

I. Исследование линий задержки

1.1. Цель работы

Ознакомление с конструкцией и принципом действия линий задержки. Исследование, характеристик линий задержки.

1.2. Подготовка к работе

Пользуясь литературой (l,2 ) и АОМ на CMI420, а также приложением, необходимо ознакомиться с разновидностями, кон­струкциями и основными характеристиками линий задержки. При этом следует дать ответы на следующие вопросы:

1. Основные электрические параметры линий задержки.

2. Типы электромагнитных линий задержки с сосредоточен­ными параметрами. Их электрические схемы.

3. Линии задержки типа К. Схемы и характеристики. Достоинства и недостатки.

4. Линии задержки типа M . Схемы и характеристики. Преимущества таких линий задержки.

5. Конструкции электромагнитных линий задержки.

6. Принцип действия ультразвуковых линий задержки с пьезо­электрическим преобразователем.

7. Особенности конструкций ультразвуковых линий с пьезо­электрическим преобразователем.

8. Схемы включения ультразвуковых линий задержки.

9. Принцип работы линии задержки на поверхностных акус- тических волнах. .

10. Выбор и расчет конструктивных параметров линии задержки на поверхностных акустических волнах.

1.3. Лабораторный стенд и методика измерений

Лабораторный стенд выполнен в виде автономного блока, в котором содержатся блоки питания, исследуемые линии задержки, модулирующий генератор, генератор несущей частоты, усилитель-

детектор.

Для выполнения лабораторной работы необходимо иметь осцил­лограф и стенд "Исследуемые линии задержки.

Время задержки и добротность различных линий задержки сни­маются согласно схеме, показанной на рис. I.I.. При этом входы и выходы исследуемых линий задержки подключаются переключателем BI, а частота следования импульсов регулируется резистором R .

1.4. Лабораторное задание

1.4.1. Изучить конструкции и принцип работы линий задержки.

1.4.2. Измерить время задержки и длительность фронта импульса. 1.4.3. Рассчитать добротность различных линий задержки.

4. Исследовать зависимость времени задержки от частоты следования импульсов, которая устанавливается переключателем на стенде.

5. Провести сравнительный анализ различных линий задержки по исследуемым параметрам и сделать выводы.

1.5. Основные сведения о линиях задержки

Линией задержки называется пассивный четы­рехполюсник, осуществляющий задержку сигнала на заданное время без искажения его формы.

Под временем задержки понимают время между одинаковыми по уровню значениями входного и выходного импульсов. Для задержки сигнала во времени используют конечную скорость распространения электромагнитных или акустических волн. Весь интервал требуемых задержек можно разделить на диапазоны:

Наносекундный - 10 ^{– 10}- 10 ^-7 с

Микросекундный - 10 ^-7 - 10 ^{- 4} с

Миллисекундный - 10 ^{- 4} - 10 ^{– 2} с

Секундный - более 10 ^{- 2} с

Для каждого диапазона применяется тот или иной тип линии задержки. В наносекундном диапазоне используются электромагнитные линии задержки с распределенными параметрами, в микросекундном - электромагнитные с сосредоточенными параметрами и частично акустические линии задержки, в миллисекундном - почти исключи­тельно акустические линии задержки, в секундном диапазоне -устройства статического запоминания (на магнитных носителях, ферритах и др.).

Рис 1.1

Сигнал, подаваемый на линию задержки, может быть разнооб­разной формы. Чаще всего используются видеоимпульсы и радиоим­пульсы.

Линии задержки широко применяются в вычислительной импульс­ной технике, кодирующих и декодирующих устройствах, в селекторах импульсов, схемах стабилизации частоты следования релаксационных генераторов, в цифровых вычислительных устройствах и измеритель­ной технике, в цветном телевидении.

Линии задержки характеризуются рядом параметров, важнейшими из которых являются:

1. Время задержки. Обычно время задержки определяется вре­менным интервалом между точками, соответствующими 50% амплитудного значения входного и выходного импульсов.

2. Полоса пропускания. Одним из условий искаженной передачи сигнала является равномерность частотной характеристики линии задержки. На практике добиваются необходимой равномерности час­тотной характеристики в основной части спектра задерживаемого импульса, ограниченного полосой пропускания ∆f . Полоса про­пускания связана с длительностью фронта t_ф импульса соотноше­нием:

∆f =0.36 t_ф.

3. Линейность фазовой характеристики. Линейность фазовой характеристики является одним из условий неискаженной передачи сигнала. Допустимая нелинейность составляет ± (5-10)% в рабочем диапазоне частот.

4. Волновое сопротивление. Для нормальной передачи задержи­ваемого сигнала сопротивление нагрузки и внутреннее сопротивление источника сигнала должны быть равны волновому сигналу, в против­ном случае появляются отраженные сигналы, ухудшающие многие па­раметры линий задержки.

5. Коэффициент передачи. Затухание выходного сигнала опреде­ляется как отношение мощности, развиваемой источником сигнала непосредственно на нагрузке, к мощности на той же нагрузке, когда между этой нагрузкой и источником сигнала включена линия задержки.

6. Добротность. Определяется произведением полосы пропуска­ния на время задержки или отношением времени задержки к длитель­ности фронта импульса.

Немаловажными являются и такие параметры линий задержки, как габариты и масса, стабильность времени задержки в диапазоне температур и во времени, максимально допустимая амплитуда, задер­живаемого импульса, надежность работы, стоимость, простота в эксплуатации.

Большинство перечисленных параметров находятся в тесной взаимосвязи, а многие требования к параметрам оказываются проти­воречивыми .

1.6. Электромагнитные линии задержки с сосредоточенными

параметрами

Линии задержки этого типа представляют собой многозвенный фильтр нижних частот, составленный из индуктивноетей и емкостей. Существуют два типа искусственных линий задержки: К и М . На рис. 1.2 показаны линии задержки типа К, составленные из Т-образных и П-образных звеньев. Произведение сопротивлений плеч Z₁Z₂ равно некоторой постоянной величине К, не зависящей от частоты

Z₁Z₂= L = =K

Реальная имплитудно-частотная характеристика линии задерж­ки (рис. 1.3) сильно отличается от идеальной, т.к. не удается добиться полного согласования фильтра вследствие зависимости характеристического сопротивления от частоты

Z_t=

Zn=

ρ - волновое сопротивление;

Z_т, Z_п- характеристические сопротивления Т-образной и П-образной

линии задержки;

w_c - частота среза.

Фазовая характеристика (рис.1.4) также линейна лишь в узком диапазоне частот, не превышающей 3(0,2-0,3) w_c. В этом диапазоне время задержки равно

t_з=t_gα₀

С повышением частоты угол наклона фазовой характеристики меняется и время задержки, определяемое как

t_{з= =} t_gα

возрастает. Время задержки линии задержки, составленной из n - звеньев, равно

t_{з= =n}

Линии задержки типа К можно применять там, где не предъяв­ляется жестких требований к форме задерживаемого сигнала, т.к. неравномерность t_з в полосе пропускания приводит к увеличе­нию длительности фронта импульса и искажению формы передаваемого сигнала.

Линии задержки со звеньями типа m обладают лучшими характеристиками. Свое название они получили по расчетному пара­метру m , который характеризует изменение индуктивности L₁ в звене типа М по сравнению с индуктивностью L в звене типа К:

m = L₁ / L .

Схемы звеньев типа m приведены на рис.1.5. Параметр m может быть выбран либо из условия постоянства характеристического сопротивления, либо из условия постоянства задержки в полосе про­пускания. Первое условие выполняется при m =0,6. При этом значительно уменьшаются искажения из-за отражений. Второе условие выполняется при m = 1,27. При этом индуктивность L₂ должна быть отрицательна. Её можно реализовать введением магнитной связи между катушками (см. рис. 1.5,в).

Рис 1.2

Рис 1.3

Рис 1.4

Линия задержки, составленная из звеньев типа m,позво­ляет значительно снизить искажение импульсов при той же частоте среза, что и в линии задержки из звеньев типа К. Достоинством линий задержки со звеньями типа m также является увеличение времени задержки на звено в m раз:

t_з=nm

Для создания серийно выпускаемых линий задержки применяются многозвенные фильтры нижних частот типа К и M. Наибольшее применение находят схемы, изображенные на рис.1.6.

В линиях задержки, типа ЛЗ применяется катушки индуктивности с цилиндрическими сердечниками, имеющими длину от 3,4 до 11 мм и диаметр от 0,6 до 3,6 мм. Время задержки линий лежит в преде­лах от 0,05 до 2,0 мкс, волновое сопротивление - от 600 до 1200 Ом. Количество звеньев - от 5 до 20. Линия ЛЗ выполнена по схеме рис. 1.6,а и имеет выводы от каждого звена. Линия залита эпоксидным компаундом. Линия типа ЛЗМ (линия задержки миниатюрная) составлена из пяти звеньев (см. рис.1.6,а) с общим временем задерж­ки от 0,1 до 2,0 мкс, волновым сопротивлением: 300, 600, 750, 1200 Ом. Для получения большего времени задержки допускается последовательное соединение линий с одинаковым волновым сопротив­лением. Меньшее время задержки обеспечивают выводы, которые сде­ланы от каждого звена. Подаваемое на линию номинальное напряжение составляет 10 В. В линиях применен индуктивный способ коррекции фазовых искажений с оптимальной связью между сердечниками. Катуш­ки индуктивности намотаны на ферритовых стержнях с магнитной про­ницаемостью материала 600, диаметром 1,8 мм и длиной 10-12 мм. Конструкция линии представляет собой основание в виде "гребенки" (рис.1.7), в пазах которой смонтированы катушки индуктивности. Применение гребенки особенно удобно при серийном производстве, т.к. оптимальное значение взаимной индуктивности между катушками сохраняется конструктивно с помощью пазов гребенки. Оптимальное расстояние между катушками - 1,5 ± 0,06 мм.

Микролинии задержки МЛЗ предназначены для получения времени задержки от 0,25 до 1,0 мкс и волновом сопротивлении 150, 300, 600, 1200, 2400 Ом. Они составлены из пяти звеньев. Электрическая схема линии типа МЛЗ выполнена по схеме с индуктивной связью всеми соседними катушками. Конструктивно МЛЗ представляет собой тонкую печатную плату, с обеих сторон которой установлены керамические конденсаторы КМ-5в и "гребенка" из прессматериала АГ-4. В пазах гребенки помещены катушки индуктивности и несколь­ко подстроечных ферритовых стержней, с помощью которых подбирается оптимальная взаимная индуктивность между соседними катушками. Линии в сборе размещаются в тонкостенном алюминиевом кол­пачке и заливаются эпоксидным компаундом. На рис. 1.2 приведены зависимости параметров линий МЛЗ-I от времени задержки при их последовательном соединении. Однако при этом возникают отражения, искажающие форму задерживаемых импульсов.

Рис 1.5

Рис 1.6

Рис 1.7