
книги из ГПНТБ / Семенов Б.З. Теория средств связи и радиотехнического обеспечения учебное пособие
.pdf- 80 -
Ufx
О- |
С |
-о |
|
|
|
|
t |
||
|
* |
“(ш |
&шк |
|
|
|
|||
о- |
|
•о |
. к . |
t |
|
а/ |
|
|
Г |
|
|
|
<9 |
Рис.4.3
рассмотрим действие цепи, изображенной на рис. 4 .3 ,а, для
случая, когда |
на |
вход подаются импульсы прямоугольной формы |
|||||||
(рис. 4 .3 ,6 ), |
длительность |
которых |
Ти |
значительно больше по |
|||||
стоянной времени |
цепи |
Т0 |
, т .е . |
|
|
. В момент t £ |
|||
напряжение на |
конденсаторе |
и с = |
о, |
напряжение на выходе |
|||||
Vgb№ = и gx . |
Через |
интервал |
t = |
5 %0 |
заряд конденса |
||||
тора практически |
закончится, т .е . |
|
и с = |
и цх |
, ток заряда пре |
||||
кратится и напряжение на выходе будет равно нулю. С момента |
|||||||||
начинается разряд |
конденсатора С |
через сопротивление |
R . |
||||||
Спустя время |
t |
= 5 Т0 |
разряд |
практически |
закончится |
и напря |
жение на выходе будет равно нулю (рис.4 .3 ,б ). Следовательно, для обострения импульсов (уменьшения их длительности) необходимо вы полнить условие: постоянная времени цепи должна быть выбрана зна
чительно меньше |
длительности |
импульсов, действующих на входе цепи. |
|||||||||
Рассмотрим процессы, происходящие в схеме с последовательным |
|||||||||||
соединением конденсатора и сопротивления, |
если на вход схемы дей |
||||||||||
ствует линейно нарастающее |
напряжение |
(рис.4.4) и напряжение UgbjX |
|||||||||
снимается по-прежнему с сопротивления |
R . Напряжение на |
сопротив |
|||||||||
лении |
Ugb/X= i R |
. Ток в |
цепи |
i |
— С |
. |
|
|
|||
В начальный момент времени |
при |
t = 0 |
и с=0 и Ug |
= и gb/x- |
|||||||
Через |
время |
5Т 0 |
переходные |
процессы |
можно считать |
законченными |
|||||
и напряжение |
на |
конденсаторе |
будет |
близко |
к напряжению на входе |
||||||
цепи, |
т .е . при |
t = |
5Г0 |
Ugx ~ u c |
• |
Следовательно, |
при |
t ^ 5 T 0 |
|||
|
|
|
|
d u c |
~ R C |
^ USjo |
|
|
(4.13) |
||
|
|
a S b , x = R C d t |
|
|
d t |
|
|
|
- 81 -
и1,'а !ш |
U S ,-a t |
Рис. 4.4
Таким образом, спустя t > 5 Г 0 напряжение на сопротивлении
оказывается пропорциональный производной от входного напряжения, что оправдывает термин "дифференцирующая цепь". Возрастание на пряжения на выходе от нуля до установившегося значения происходит по экспоненциальному закону, так как в цепи будет иметь место переходный процесс.
Переходная цепь отличается от дифференцирующей величиной по стоянной времени цепи. Для переходных цепей постоянная времени выбирается значительно больше длительности входных импульсов.
В такой цепи форма |
напряжения |
на выходе почти точно соответствует |
||||
форме входного напряжения. На |
рис. 4.5 приведены |
графики, характе |
||||
ризующие изменение |
напряжения на элементах схемы. Напряжение на |
|||||
сопротивлении |
R |
в течение |
всего времени Г ц |
при |
условии |
|
= RC |
Тц |
остается |
практически неизменным, а |
напряжение на |
Рис. 4.5
|
|
|
|
|
|
- 82 - |
|
|
|
|
конденсаторе |
С |
будет лишь в неиногои отличаться |
от нуля, |
|
||||||
так как |
за |
время |
Ти |
сила зарядного тока изиеняется |
незначи |
|
||||
тельно |
относительно первоначальной величины . |
- |
. |
При Гс |
= |
|||||
= |
5 Г ц |
|
конденсатор заряяаетоя до 0,1 |
Л |
|
при |
= |
|||
|
, а |
|
||||||||
= |
100 Т у |
- |
до 0,01 |
и 1х . |
|
|
|
|
Переходные цепи используются как разделительный элемент между отдельными цепями.
Ограничители амплитуды
Ограничительная схема предназначается для ограничения или "срезания" амплитуды импульса положительной или отрицательной полярности до заданного уровня. Напряжение на выходе ограничи
теля повторяет форму входного напряжения до определенного уров ня, называемого у р о в н е м о г р а н и ч е н и я . Вели чина уровня ограничения задается параметрами схемы ограничителя. При помощи ограничителя решаются сведущие задачи.
- формирование напряжения прямоугольной формы из синусоидаль ного напряжения;
- выделение из последовательности импульсов двойной полярно сти импульсов одной полярности;
-ограничение максимальной величины передаваемого или прини маемого сигнала;
-селекция по амплитуде, т .е . отбор тех импульсов, амплитуда
которых превышает определенный уровень.
В ограничивающих,схемах применяются диоды, триода и пентода в зависимости от требований к ограничителю. Наиболее широко ис пользуются диоды. На рис. 4.6 и 4.7 даны схемы с последователь ным и параллельным включением диодов и графики входного и выход ного напряжений.
В схеме с последовательно включенным диодом во время действия положительной полуволны входного напряжения диод будет проводить
ток |
(рис.4 .6 ). Сопротивление нагрузки R H выбирается значитель |
|
но |
больше внутреннего сопротивления диода |
. |
- 83
о |
0-Г.----Н ------ |
1— * |
«4г |
« Л |
I “ А х |
Рис.4.6 |
Рис. 4.7 |
Напряжение на выходе
Ни
U Бых ~ и6х
Ri + R „
при
Ri ~ R H |
иБшх * “ £r • |
<М.
Z 2 i jT \ , i
Рис. 4.8
(4.14)
Во время действия отрицательной полуволны диод перестает про водить ток и поэтому i/f = 0. Ограничение в такой схеме проис ходит на нулевом уровне. Для получения уровня ограничения, отли чающегося от нуля, в схему необходимо ввести дополнительно источ ник напряжения Е , величина и полярность которого будут опреде лять моменты отпирания и запирания лампы.
При подаче отрицательной полуволны на схему с параллельным включением диода (рис. 4.7) последний будет заперт, так как по тенциал анода меньше потенциала катода. Напряжение на нагрузке
&h = UBz
(4.15)
+ R огр
При действии положительной полуволны диод проводит ток (рис. 4 .8 ). Внутреннее сопротивление диода R t- должно быть
значительно меньше сопротивления нагрузки. Следовательно, общее сопротивление участка анод-катод будет приблизительно равно
Чем
Рис. 4.9
Рис. 4.10
внутреннему сопротивлению диода RBgu ^R -i • Ограничивающее со
противление берется во иного раз больше Rг- . Поэтому при
R0lp ’>>R i напряжение на выходе
Ограничение на триоде |
(или лаипе с больший числоц электродов) |
может осуществляться по |
схеие, приведенной на рис. 4 .9 . Порог |
ограничения устанавливается величиной сеточного смещения, созда
ваемого либо сеточной батареей, либо ва |
счет катодного сопротивле |
||
ния, шунтированного емкостью. |
При отсутствии сеточного то к а ,т .е . |
||
когда |
Uп *-0 , формы напряжения на сетке лампы и входного напря |
||
жения |
совпадают. Если |
и имеет величину большую (по абсо |
|
лютной величине) напряжения запирания |
и%ап , то происходит ниж |
||
няя отсечка анодного тока. В |
этом случае напряжение на выходе, |
равное анодному напряжению, получает отсечку сверху (рис.4.10).
Когда |
U ^ O |
, появляется сеточный ток, который на сопротивле |
нии |
R огр |
образует падение напряжения, пропорциональное вход |
ному напряжению, но обратного знака. В результате выходное на пряжение имеет отоечку снизу.
Искусственные линии |
|
|
И с к у с с т в е н н о й |
л и н и е й |
называется электри |
ческая цепь, составленная из |
катушек индуктивностей и конденсато |
ров. Ее свойства близки к свойствам длинной линии. Цепочная искус ственная линия изображена на рис. 4 .I I .
- 85 -
■‘' т |
г |
т г т |
г |
а |
, — |
3 |
- . Т |
т |
т |
Рис. 4 .II
Бискусственной линии в отличие от длинной индуктивность
иемкость сосредоточены''в катушках индуктивности и конденса торах, образующих звенья линии. Первичными параметрами искус ственной линии являются: число звеньев линии п , индуктив
ность |
Ху |
и емкость С± каждого звена. Чем больше |
число |
|
звеньев п |
и чем меньше индуктивность L 1 и емкость |
С± |
||
каждого звена, |
тем ближе искусственная линия по своим |
свойст |
||
вам к |
отрезку |
длинной линии. |
|
fi радиолокационной технике используется такое весьма ценное свойство искусственной линии, как возможность накопления значи тельного запаса энергии в электрическом поле конденсаторов и магнитном поле катушек и (встрой отдачи накопленной энергии. При этом на нагрузке может быть получен кратковременный импульс напряжения или тока, близкий по форме к прямоугольной и задан ной длительности. Это свойство позволяет применять искусствен ную линию для формирования мощных модулирующих импульсов в передатчиках радиолокационных станций.
Кроме того, искусственные линии очень часто используются как линии задержки импульсов. На выходе линии относительно импульсов,
действующих на входе, |
создается задержка определенной величины. |
|||||||
рассмотрим процессы,. происходящие в цепи с искусственной ли |
||||||||
нией |
при формировании |
импульсов (рис.4.12). При разомкнутом |
клю |
|||||
че К |
происходит заряд |
искусственной линии от источника, |
при |
замы |
||||
кании |
- |
разряд |
через нагрузку |
R H . |
Сопротивление линии |
зарядно |
||
му току |
зависит |
от параметров |
звена |
L i и |
|
|
- 86 -
= |
A |
(4.16) |
|
||
Величина J> оЛрчно вала |
по сравнению с внутренний сопротив |
лением источника. Во |
избежание короткого замыкания источника ли |
|||
ния заряжается через |
ограничительное |
сопротивление |
К ог^ . вели |
|
чина которого значительно больше р |
. |
при разряде |
ограничитель |
|
ное сопротивление отделяет источник |
от |
нагрузки. |
|
При варяде линии через большое ограничительное сопротивление индуктивный сопротивление!) линии можно пренебречь, так как э .д .с . самоиндукции, наводимая в катушках медленно изменяющимся током,
очень |
мала |
- |
искусственная линия эквивалентна |
конденсатору. Через |
||
время |
S T Q |
, |
где Т0 = СЛ (R 0ip+_p)i линия |
окажется заряженной |
||
до напряжения |
источника. |
Запасенная энергия в |
электрическом поле |
|||
конденсаторов |
|
|
|
|
||
|
|
|
w = |
С Е 2 |
|
|
|
|
|
■ |
(4.17) |
||
При |
замыкании ключа |
Я |
к линии присоединяется сопротивление |
|||
нагрузки J? |
|
, через |
которое будет проходить |
разрядный ток. На |
личие катушки индуктивности в каждом звене обусловливает последо вательный разряд конденсаторов - от начала линии (от сопротивле ния нагрузки) к ее концу будут распространяться волны напряжения и тока.
Допустим, что между свойствами отрезка длинной линии, разомк нутой на конце, и искусственной линией нет разницы. Заряженную ли
|
|
|
- |
87 - |
|
|
|
нию можно рассматривать |
как генератор с электродвижущей силой |
||||||
Е |
и внутренним |
сопротивлением |
£?н . Если к такому |
генератору |
|||
подключить нагрузку в виде активного сопротивления |
R H , то че |
||||||
рез |
нее потечет |
ток i H |
, равный |
|
|
|
|
|
|
i H= |
- ------- |
- |
|
(4.18) |
|
|
|
|
R h + Р |
|
|
|
|
|
Величина напряжения на нагрузке |
ин |
будет |
равна: |
|||
|
|
ийсг |
£ 2 » |
|
|
|
(4.19) |
|
|
R „+ J> |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
Пусть сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению |
|||||||
линии RH=J> . |
в этом случае |
|
|
|
|
||
|
|
ий а ~ ' 2 S .. |
Е_ |
|
(4.20) |
||
|
|
2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
и от начала линии к ее концу начнет распространяться волна напря жения отрицательной полярности с амплитудой Е . От разомкнуто
го конца линии волна отразится, не изменив полярности, поэтому по мере распространения отраженной волны напряжение на линии бу дет понижаться еще на величину —£ , т .е . обратится в нуль.
Напряжение на нагрузке все это время сохранится неизменным и равным — . Напряжение на нагрузке упадет до нуля, когда отра женная волна напряжения достигнет начала линии (рис.4.13).
Рис. 4.13
- 88
Длительностьимпульса, действующего на нагрузке при длине линии отрезка £ и скорости распространения волны у будет равна:
Ги = |
2 £ |
(4.21) |
|
V |
|||
|
Это выражение дает ответ на вопрос, почему для формирования импульса невыгодно применять отрезки длинных линий.
Действительно, пусть Ти = I мксек, у = 3 • I08 м/сек.
Тогда необходимая длина линии
Л |
— |
= Д Г 6-- . Я • и 8 = ISO м. |
^ |
2 |
2 . |
длительность импульса, формируемого при разряде искусствен |
||
ной линии, определим из |
следующих условий: |
£сп -п С { ; |
^ £ 0 = n L i> V = |
, |
о |
(4.22) |
||
|
|
|
||||
|
|
|
V I , |
о Lo |
|
|
где С0 и |
L 0 |
” погонные емкость и индуктивность |
отрезка длин |
|||
|
|
ной линии; |
|
|
|
|
С{ |
и L t |
- емкость и индуктивность звена искусственной ли |
||||
|
|
нии; |
|
|
|
|
П- число звеньев в линии.
Вэтом случае
г £ |
„ .------- |
, |
f n -L. п С, |
______ |
Г= ----- = г £ ] / 1 ^ - г £ ]/-р -----j - =2ni/L^Tl ,
иу
т.е . длительность импульса, формируемого искусственной линией, равна:
Ги —2 п ] / l 1 С± . |
(4.23) |
- 89 -
Форма импульсов напряжения, создаваемых при помощи искусст венной линии, зависит от числа звеньев в линии: чек больше число звеньев, тем в большей степени форма импульсов приближается к прямоугольной. Для линий, формирующих импульсы длительностью
Iмксек.,число звеньев обычно выбирают не меньше 3-4.- Искусственные линии, как было отмечено выше, могут применять
ся для передачи импульсов с определенной временной задержкой. |
|
||||
Если к одному концу линии подвести импульс с амплитудой |
U |
, |
|||
то на |
другом конце линии импульс Ugu x |
появится с задержкой, |
|
||
которая |
определяется из выражения: |
|
|
|
|
|
|
*зад = п |
, |
(4.24) |
|
где |
п |
- число звеньев линии; |
|
|
|
и“ индуктивность и емкость каждого звена.
Обычно линии задержки имеют |
от 4 до 12 звеньев, |
так как |
при |
большем их числе увеличивается |
затухание вследствие |
возрастания |
|
потерь в линии, увеличение |
и С^ каждого звена |
ведет |
к уве |
личению искажений передаваемых импульсов, особенно кратковремен ных. При уменьшении длительности импульса увеличивается спектр частот, входящих в состав этого импульса. Между тем искусствен ная линия, являющаяся системой связанных между собой резонансных контуров, обладает ограниченной полосой пропускания, верхний предел которой определяется по формуле:
i
/ « |
2 Т ]/1~ С Г ' |
{4,25) |
|
Для расширения полосы пропускания необходимо уменьшать пара метры каждого звена, что ведет к уменьшению времени задержки. Поэтому искусственные линии позволяют получить задержки обычно не более ЮО мксек.
Блокинг-генераторы
Блокинг-генератор представляет собой разновидность лампового генератора с индуктивной обратной связью.
Для блокинг-генератора характерно отсутствие настроенного кон-