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

и его конструктивных размеров. Резонансная частота пре­

зоне) влияют два фактора: расхождение акустического луча и затухание акустических волн в материале звукопровода; затухание подчиняется закону е~а ', где / — длина пути вол­

Ослабление сигналов в УЛЗ на время задержки в 1 мс составляет примерно (404-60) дБ.

Для устранения отражений от преобразователя (со сто­ роны, противоположной месту стыковки с звукопроводом) применяют специальные насадки, поглощающие и рассеи­ вающие акустические волны (рис. 18).

Ширина полосы пропускания УЛЗ существенно зависит от степени согласования акустических волновых сопротив­ лений звукопровода и преобразователей. Теоретически при полном двухстороннем согласовании этих сопротивлений (на обоих концах УЛЗ) ширина полосы пропускания УЛЗ составляет около 75% от резонансной частоты преобразова­ теля. Практически же достижимая ширина полосы пропус­ кания не превышает 50% от резонансной частоты преобра­ зователя.

110

просто достигнуть. Действительно, для плавленного квар­

к существенному увеличению размеров УЛЗ. Из других способов уменьшения температурных изменений задержки УЛЗ известны способ применения в качестве звукопровода специальных термостабильных сплавов или сортов стекол (со специальными присадками), а также способ создания УЛЗ с термокомпенсированным звукопроводом, составлен­ ным из двух элементов, материалы которых имеют ТКЗ противоположного знака.

5. Типы звукопроводов. В табл. 4 приводятся основные параметры материалов, применяемых в качестве звукопро­ водящих сред, характеризуемых сравнительно слабым по­ глощением и рассеиванием акустических волн.

Наибольшее распространение получили звукопроводы из маг­ ниевых сплавов (для низкочастотных УЛЗ) и из плавленого кварца (для высокочастотных УЛЗ). При очень высоких частотах (а также для широкополосных УЛЗ) используют звукопроводы из монокри­ сталлов кварца, сапфира, сернистого кадмия, а также из солей хло­ ристого натрия и хлористого калия [81, 82]. В последнее время получили распространение (в СВЧ диапазоне) материалы из ред­ коземельных соединений, в. частности железо-иттриевые гранаты (ЖИГ), потери в которых на частоте 1 ГГц на порядок меньше, чем потери в кристаллическом кварце [83].

111

мощности РС р питающего источника е и импульсной мощ­ ности PR, реализуемой в нагрузке: при отсутствии потерь энергии' мощность

2. В качестве формирующих двухполюсников применяют­ ся отрезки однородных длинных линий или же эквивалент­ ные им цепи; возможно также применение неоднородных линий.. Достоинством таких двухполюсников является то, что длительность формируемых ими импульсов определяется только параметрами двухполюсников и не зависит от ста­ бильности питающих источников. Поэтому рассматривае­ мые устройства в состоянии обеспечить наиболее высокую стабильность длительности формируемых импульсов.

3. В качестве коммутирующего прибора Кл (рис. 1) применяется нелинейный электронный прибор (чаще всего тиратрон или тиристор), и, строго говоря, рассматривае­ мое устройство нельзя полагать линейным. Однако, интере­ суясь в основном формирующими свойствами линейного двухполюсника (при элементарности функций, выполняе­ мых коммутирующим прибором), допустимо из методических соображений полагать, что данный способ формирования импульсов является, в условном смысле, линейным. Ес­ тественно, при техническом расчете устройства формирова­ ния импульсов и при его эксплуатации необходимо учиты­ вать реальные свойства коммутирующего прибора. Сущест­ венно также принимать во внимание и искажающее действие паразитной емкости нагрузки (а иногда и шунтирующей нагрузку индуктивности). Эти вопросы, а также практичес­ кие схемы технической реализации формирующего устрой­ ства рассматриваются в § 7.5.

§ 7.2. ФОРМИРУЮЩИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЛИНИИ

А. ФОРМИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ОДНОРОДНОЙ РАЗОМКНУТОЙ ЛИНИИ

1.Рассмотрим формирующий двухполюсник (рис. 2, а)

ввиде отрезка однородной линии длиной /, обладающей вол­ новым сопротивлением:

(7.1)

113

Кл в положении 7). Не интересуясь здесь деталями заряд-

Напряжение

Wа «

К1-

а-)

ного процесса, отметим лишь, что по истечении некоторого времени ток в разомкнутой на одном конце линии станет равен нулю, и все распределенные емкости линии зарядятся до напряжения Е, в результате чего в линии будет запасена энергия

Пусть теперь к разомкнутой на одном конце линии под­ ключается активная нагрузка R (рис. 2, а ключ Кл в поло­ жении 2), причем

тогда на нагрузке возникнет прямоугольный импульс на­ пряжения высотой UB = 0,5£, показанный на рис. 2,6, где принято, что начальный момент t = 0 совпадает с мо­ ментом подключения нагрузки к линии.

2. Для уяснения механизма формирования импульса рассмотрим процессы, возникающие в линии при t > 0.

114

Установим положительные направления тока і и напряжения и в линии (рис. 2, а) совпадающими с положительными на­ правлениями тока і л и напряжения uR в нагрузке; примем также положительное направление пространственной коор­ динаты X совпадающим с положительным направлением тока і в в е р х н е м проводе линии. Поскольку в длинной линии токи и напряжения в различных ее сечениях могут оказаться разными в один и тот же момент времени, будем на пространственных диаграммах (рис. 3) фиксировать эпюры распределения напряжения и тока по длине линии в отдель­ ные характерные моменты времени.

Показанные на рис. 3, а диаграммы отображают распре­ деления напряжения и тока в линии в начальный момент времени і = 0, т. е. они отображают начальные условия (при любом значении х):

к нагрузке элементарные емкости линии начинают частично разряжаться (частично, так как их разряду противодейст­ вуют распределенные элементарные индуктивности линии). Этот процесс, носящий волновой характер, распространяется

направлению х. Таким образом, из-за вызванного подклю­ чением нагрузки возмущения, возникающего на нагрузочном

Так как сразу же после подключения нагрузки других волн в линии быть не может, то ток и напряжение на нагрузочном

115

ляя это значение в первое равенство (а), найдем, что в сече­ нии- х — I

грузке) становится равным половине зарядного напряжения линии.

3. Выражаемые равенствами (а) напряжение и ток будут с течением времени возникать и в других сечениях линии по мере распространения со скоростью ѵ первой обратной вол­ ны напряжения и связанной с ней волны тока вдоль линии. Распределение напряжения и тока в линии в некоторый мо­ мент времени / до достижения обратной волной и 0 1 разомк­

волна тока распространяется вдоль линии в отрицательном направлении, но сам ток положителен. Это соответствует протеканию тока разряда элементарных емкостей линии от

т . е . в п р я м о м направлении, совпадающем с положитель­ ным направлением х. Так как коэффициент отражения волны

пряжение и ток в линии становятся равными нулю (рис. 3,в): « = Я + « о 1 + ы п 1 = 0 , і = г о і + і „ і = 0 .

В момент t = 21Іѵ, когда прямые волны достигают на­ грузочного конца линии, напряжение и ток во всех сечениях

116

линии равны нулю (рис. 3, г). На этом переходные процессы заканчиваются, так как при набегании прямых волн на нагрузочный конец линии отраженные волны не возникают, ибо здесь R = W.

4. Из рассмотрения описанных процессов вытекает, что

Можно убедиться в том, что энергия, реализованная за время (и в нагрузке, равна накопленной в емкостях линии энергии, выражаемой формулой (3). Действительно,

5. Влияние согласования сопротивлений R и W. Если

нагрузка не согласована с линией (R ф W), то возникающая при подключении нагрузки к линии первая обратная волна напряжения «0 і ф —£72; ее величина выражается форму­ лой (6). При отражении этой волны напряжения от разомк­ нутого конца линии возникает первая прямая волна напря­ жения ц ш = и01. Эта волна, достигая затем нагрузочного конца линии, вызовет появление отраженной волны напря­ жения иоі = КотрИш. где коэффициент отражения

тельно возникающих волн напряжения постепенно умень­ шаются, и через время Tz = (51 -г Ю)7\, где 7\ == 21/ѵ — время двойного пробега волной длины линии, процесс прак­ тически затухнет.

Суммируя волны напряжения на нагрузочном конце линии, можно найти напряжение на нагрузке, которое имеет вид, показанный, на рис. 4. Напряжение uR{(f) изменяется по ступенеобразному закону (при R < W полярность сту-

U7

мирующими свойствами. Однако короткозамкнутая линия пред­

118 •

в разомкнутой линии здесь выполняют волны тока, и наоборот. Если в представленных на рис. 3 диаграммах заменить напряжения на токи (и наоборот), то эти диаграммы будут изображать распреде­ ление напряжения и тока в короткозамкнутой линии.

Из изложенного следует, что при R = W на нагрузке форми­ руется прямоугольный импульс напряжения, высота и длитель­

Короткозамкнутая формирующая линия имеет то преимущест­ во над разомкнутой линией, что при R > Ra она предоставляет возможность получить импульс напряжения значительной высоты Uß > Е. Однако запасание энергии в магнитном поле линии со­ пряжено с рядом недостатков [3]. Поэтому короткозамкнутые фор­ мирующие линии применяются в случае, когда отмеченное достоин­ ство является особо существенным.

В.МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ ФОРМИРУЮЩИЕ ЛИНИИ

7.Высота импульса напряжения, формируемого однородной разомкнутой линией, в два раза меньше ее зарядного напряжения. При применении двух идентичных однородных линий (двухсту­ пенчатой формирующей линии), предварительно заряженных до напряжения Е, можно получить прямоугольный импульс напря-

119