4. Линии задержки

Способностью задержать сигнал обладают многие схемы – как рассмотренные ранее фильтры, в частности пассивные ДЦ и ИЦ, так и инвертирующие усилители, логарифмические преобразователи и т. д. Однако значение времени задержки Δt_з при этом невелико – не превосходит половину периода проходящего через схему гармонического сигнала. Большие значения Δt_з обеспечивают линии задержки (ЛЗ) – специальные электронные устройства, как электрические, так и неэлектрические. Линии задержки по своему принципу действия и конструкции подразделяются на три класса:

1) цепочечные (сосредоточенные) ЛЗ;

2) коаксиальные (распределенные) ЛЗ;

3) ультразвуковые ЛЗ (УЛЗ).

4.1. Цепочечные линии задержки

Цепочечные линии задержки представляют собой «гирлянды» из большого количества одинаковых конденсаторов и катушек индуктивности. Схема их соединения приведена на рис. 4.1. Благодаря тому, что напряжение

Рис. 4.1

на емкости U_C на 90º отстает от тока, а напряжение на индуктивности U_L опережает ток на 90º, в каждом LC-звене удается получить набег фаз Δφ = 180º (рис. 4.2).

Рис. 4.2

Результат достигается потому, что входной сигнал приложен сразу и к индуктивности, и к емкости, т. е. U_вх = = U_L + U_C (фактически, с учетом противоположной направленности векторов U_L и U_C получается U_вx = U_L − U_C). Выходной сигнал снимается с емкости, т. е. U_выx = U_C. Если U_L > U_C, что достигается подбором значений индуктивностей и емкостей, то векторы U_вx и U_выx противонаправлены. Задержка в одном звене цепочечной ЛЗ равна ; если ЛЗ содержит N однотипных звеньев, то Δt_з = N.

Наряду с временем задержки существенное значение имеет параметр, называемый волновым (или характеристическим) сопротивлением ρ. Знание ρ позволяет обеспечить оптимальное соединение ЛЗ с источником и получателем сигнала, избавиться от вредных явлений обратного распространения части сигнала вдоль линии и возникновения «эха». Для цепочечной ЛЗ ρ = .

Главным недостатком цепочечных ЛЗ является необходимость иметь большое количество (сотни – тысячи) однотипных индуктивностей и емкостей, параметры которых не должны иметь заметного разброса.

4.2. Коаксиальные линии задержки

Класс коаксиальных ЛЗ основан на применении коаксиального кабеля в качестве задерживающей сигнал структуры. Кабель содержит центральную жилу диаметром d, окруженную слоем диэлектрика с относительной диэлектрической проницаемостью ε, и плетеный экран диаметром D. Поверх экрана наносится защитное покрытие, параметры которого несущественны для прохождения сигнала по кабелю. Электрический сигнал излучается с центральной жилы и отражается обратно экраном, т. е. фактически движется в качестве электромагнитной волны в диэлектрике. Скорость волны составляет c/, где c = 3∙10⁸ м/с – скорость электромагнитных волн в вакууме. Значения ε составляют 2…4, поэтому скорость волн в диэлектрике в 1,5–2 раза ниже.

Эквивалентная схема коаксиальной ЛЗ соответствует схеме цепочечной ЛЗ (рис. 4.1), однако вместо реальных катушек индуктивности и конденсаторов схему составляют погонные (на единицу длины кабеля) индуктивности и емкости.

Задержка сигнала в коаксиальной ЛЗ определяется длиной отрезка кабеля l и может быть рассчитана по формуле Δt_з = (l)/c. Волновое сопротивление ρ = (138/) lg (D/d), однако на практике его считать не приходится, так как промышленность всех стран мира выпускает одинаковые коаксиальные кабели РК-50 (ρ = 50 Ом) и РК-75 (ρ = 75 Ом). Коаксиальные кабели являются низкоомными нагрузками для источников сигналов, поэтому их подключение требует специальных схем согласования (например, эмиттерных повторителей, см. 4.2).

Коаксиальные ЛЗ в изготовлении проще, чем цепочечные, однако при больших Δt_з отрезки кабеля могут иметь длину до сотен метров.