книги из ГПНТБ / Ицхоки Я.С. Импульсные и цифровые устройства [учебник]

при частоте f > 2 -f- 10 МГц (в зависимости от типа кабеля). Из-за дисперсионных свойств спиральных кабелей полу­ чается заметное искажение формы задержанных импульсов, что иллюстрируется представленными на рис. 9 осцилло­ граммами.

Поливиниловый, пластикат

ЛолиэтилеА

Внутренний провод

10. В технической литературе [11, 70] приводятся дан­ ные о затухании волн (8Т) в спиральных кабелях, подобные указанным в табл. 2.

тотой значительно быстрее. Произведение оѴГзад (в деци­

ным в п. 5, можно найти, что модуль коэффициента переда­ чи такого кабеля (при частоте /, которой соответствует за­ тухание от)

100

Формула (22) может служить для приближенного опре­ деления "коэффициента передачи импульсов формы, близ­

де для передачи импульсов с умеренным искажением формы следует, как это. было принято в п. 7, потребовать выполне­ ния неравенства К ^ 0,8. Для удовлетворения этому усло-

РС-ЧОО-7-11

ѵ=1,Б7п/мкс Ofi 0,8 .1,1 1,6tb,HKC

Рис. 10.

"сию длительность задержки не должна превышать значение Тздд па » б • определяемое из формулы (22), еслиположить в ней К = 0,8. Отсюда

от 4і, построенная для кабеля РС-400-7-П, изображена на рис. 10.

разработаны миниатюрные линии задержки с многопроводной спиралью [72].

§6.4. ИСКУССТВЕННЫЕ ЛИНИИ ЗАДЕРЖКИ (ИЛЗ)

1.В малогабаритной аппаратуре основное применение находят ИЛЗ. Простейшая ИЛЗ состоит из некоторого числа /г каскадно соединенных фильтров нижних частот (рис. 11).

Однородную длинную линию можно рассматривать как линию, состоящую из бесконечно большого числа элемен-

101

тарных ячеек, подобных фильтрам нижних частот, парамет­ ры которых бесконечно малы. Поскольку параметры одной ячейки ИЛЗ имеют конечную величину, ИЛЗ можно рас­ сматривать в качестве грубой модели однородной длинной линии. При таком представлении в качестве эквивалента волнового сопротивления ИЛЗ, согласованного с сопро­

Продолжая аналогию, можно предположить, что в соответ­ ствии с формулами (6) и (13) временная задержка, произ­ водимая ИЛЗ, определится равенствами

Однако написанные равенства не определяют нужного числа k звеньев ИЛЗ . Неясно также, насколько справедли­ ва принятая по аналогии трактовка процессов в ИЛЗ. Для выяснения этих вопросов обратимся к теории фильтров нижних частот [20 -ь 23].

2. Частотные характеристики фильтра нижних частот.

Комплексный коэффициент передачи однозвенного Т-фильт- ра нижних частот (рис. 12), нагруженного на сопротивление Rh = Р.

.здесь модуль и аргумент передаточной характеристики вы­ ражаются соответственно формулами

102

Графики амплитудно-частотной Кт = /С(а>) и фазо-час-

^ юв ) непостоянство амплитудно-частотной характерис­ тики не превышает 37%, а фазо-частотная характеристика близка к линейной зависимости, показанной на рис. 12 пунктиром:

В соответствии с формулой (1) следует принять, что коэффициент пропорциональности Т0 в формуле (30) выра­ жает задержку сигнала, производимую однозвенным фильт­ ром. Этот результат согласуется с равенствами (26) при k =

= 1.

3. Как показывает анализ [74], задержка сигнала, про­ изводимая многозвенным фильтром (см. рис. 11), почти в точности пропорциональна числу звеньев фильтра, т. е.

таал^кт0=куі^с;=ѵцс;, (6.31)

что также согласуется с равенствами (26). Однако полоса пропускания (А/)п &-звенного фильтра меньше полосы (А/)я : с увеличением числа звеньев она несколько сужается по за­ кону

103

Для того чтобы искажение формы задерживаемого им­ пульса было умеренным, необходимо, чтобы активная шири­ на спектра сигнала (А/)с не превосходила полосу пропуска­ ния фильтра. Обычно принимают (Д/)с = (А/)п . Имея это в виду и перемножая равенства (32) и (31), получим

Рис. 13.

Решая уравнение (33) относительно /г, найдем нужное число звеньев ИЛЗ:

рактеристики/г-звенной ИЛЗ сопряжен с решением сложной задачи. В последние годы советским специалистам удалось получить весь­ ма строгое решение такой задачи [74], выражаемое через сложные специальные функции. Из приближенного решения этой задачи [30] получены представленные на рис. 13 графики переходных характеристик ИЛЗ при различном числе к звеньев. Эти графики

броса наложенных колебаний и скорости их затухания составляет при к = 10 также около 10%. Однако частота наложенных коле­ баний в действительности примерно в А/3 раза выше частоты, по­ лучаемой из приближенного решения. С уменьшением к погреш­ ность приближенного решения уменьшается.

104

графики позволяют весьма точно определить величину задержки,

активной длительности фронта переходной характеристики ИЛЗ (см. рис. 11):

такое же соотношение вытекает из экспериментальных дан­ ных [16, 75]. Поделив равенство (31) на равенство (35), получим

на минимизации среднего квадрата ошибки между выходным и за­ держанным на время Гдад входным сигналами [73].

105

отдельных секций, а также в виде набора отдельных секций, обра­ зующих многосекцнонную линию задержки (блок). Стандартные

Данные о ИЛЗ других типов (в том числе и более совершенных) приводятся в технической и справочной литературе.

106

Изготавливаемые стандартные ИЛЗ рассчитаны на следующие условия работы:

— температура окружающей среды от —60° до + 1 0 0 ° С (в этом диапазоне температурный уход величины ТЭщ составляет ± 1,5%);

§6.5. УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ЛИНИИ ЗАДЕРЖКИ (УЛЗ)

1. При задержках Г а а д > (30 -f- 40)/ф конструирование ИЛЗ становится затруднительным, и для получения таких задержек приходится прибегать к УЛЗ. В УЛЗ использует­ ся распространение упругих (акустических) волн в сплош­ ных средах, т. е. физические явления, выходящие за грани-

3

Рис. 16.

цы классической радиотехники и электроники. Но именно благодаря этому УЛЗ дают возможность производить за­ держку импульсов на время от ~10 мкс до нескольких мил­ лисекунд. Наиболее совершенные УЛЗ применимы для за­ держки импульсов длительностью вплоть до 10 не:

2. Принцип работы УЛЗ (рис. 16) основан на преобразо­ вании электрических импульсов в импульсы ультразвуко­ вых колебаний на входном конце УЛЗ, распрос ранении возбуждаемой при этом акустической волны в замкнутом объеме (звукопроводе) и обратном преобразовании принятых акустических волн в электрические импульсы на выходном конце УЛЗ. Так как скорость распространения акустичес­ ких волн в сплошных средах примерно в 10—100 тыс. раз менее скорости света, то, используя УЛЗ, удается осущест­ вить задержку импульсов на значительное время при уме­ ренных размерах звукопровода.

Преобразование электрических сигналов в ультразвуко­ вые и обратно производится посредством электромеханичес­ ких преобразователей. Принцип их работы основан на ис­ пользовании электрострикционного (пьезоэлектрического) или магнитострикциониого эффекта [77—79]. В частности, в качестве преобразователя может быть использована тон-

107

кая кварцевая пластинка (в виде небольшого диска), ус­ танавливаемая нормально к направлению распространения акустической волны. Электромеханический преобразователь конструктивно изготовляется таким образом, чтобы он воз­ буждал в звукопроводе плоскую волну в ближней зоне. В этом случае в звукопроводе создается направленное излу­ чение акустических волн, причем угловой размер диаграм­ мы направленности

тельного диапазона детектирования нужно, чтобы амплитуд­ но-частотная характеристика УЛЗ была согласована с ак­ тивной шириной спектра входного сигнала, а фазовая ха­ рактеристика УЛЗ была линейной. В зависимости от соот­ ношения между длительностью /„ задерживаемых импульсов и шириной полосы пропускания (А/)п УЛЗ применяется один из двух методов возбуждения ультразвуковых колеба­ ний: либо воздействием на электромеханический преобразо­

ваемый видеоимпульс (иногда предварительно усиленный) непосредственно воздействует на преобразователь. Если

'же ta > 1/(Д/)ш то целесообразнее применить второй метод, для чего предварительно видеоимпульс преобразуется в ра­ диоимпульс с помощью генератора высокой частоты, моду­ лируемого задерживаемым видеоимпульсом. При этом несу­ щая частота радиоимпульса должна быть примерно равна центральной частоте полосы пропускания УЛЗ. В обоих случаях электрические сигналы, образуемые после обрат­ ного преобразования на выходе УЛЗ, усиливаются и де-. тектируются (рис. 16).

В результате всех -указанных преобразований выходной видеоимпульс ивых(і) получается подобным входному ви­ деоимпульсу uBb(t).

3. Благодаря направленному излучению акустических волн, возбуждаемых электромеханическим преобразователем можно существенно уменьшить размеры УЛЗ. Для этого.

108

применяют звукопроводы, в которых с целью увеличения общей длины распространения акустического луча исполь­ зуют многократные отражения от боковых граней звукопровода (рис. 17). Число таких отражений доходит до не­ скольких десятков.

На выходе УЛЗ кроме полезных сигналов возникают ложные сигналы, которые складываются из трех основных компонентов:

а) из сигналов трехкратного прохода луча по звукопроводу (в прямом, обратном и опять прямом направлении),

Для уменьшения ложных сигналов принимаются спе­ циальные меры. Наиболее трудно подавить ложные сигналы трехкратного прохода звукопровода; они ослабляются путем введения дополнительного затухания. В результате этих и других мер относительный уровень ложных сигналов не превышает 3—5% от уровня полезного сигнала. При особо тщательном изготовлении УЛЗ уровень ложных сигналов может быть снижен до 1% и менее [77, 80].

4. Основными параметрами УЛЗ являются:

— время задержки сигналов Т 8 а д и стабильность этого времени в диапазоне температур и при наличии вибраций, ударов и других подобных воздействий;

— центральная частота / частотной характеристики УЛЗ;

—ширина полосы пропускания УЛЗ (на уровне 3 дБ от максимума частотной характеристики УЛЗ);

—величина ослабления входного сигнала после его задержки.

109