Проектирование импульсных устройств радиотехнических систем. В 2 частях. Ч.1. Учебное пособие

2.17. Линии задержки импульсных сигналов

Рис. 63. Звенья типа m: а – оконечное; б – Т-образное

Для внутреннего звена типа т = 1,27:

Общее время задержки линии, состоящей из п звеньев типа т, и длительность фронта переходной характеристики определяются, как и для линии типа k, соотношениями (37). Из (37), (39) можно найти

Из сравнения формул (38) и (40) следует, что при одинаковых отношениях Та/ фа или а/ фа число звеньев типа т будет на 16 % меньше, чем число звеньев типа k. Для фа/ а = 0,1 потребуется теперь 9 ячеек вместо 11. Кроме того, верхний выброс переходной характеристики для звена типа т примерно в 2 раза меньше выброса характеристики для звена типа k.

81

2. Линейные элементы импульсных устройств, методы анализа переходных…

Формирующие двухполюсники с колебательными контурами

При использовании ЛЗ лестничного типа для формирования прямоугольных импульсов проявляются их недостатки: большое число ячеек, необходимое для получения достаточной крутизны фронта и среза, а также наличие значительных колебаний, наложенных на вершину импульса. Поэтому при более жестких требованиях к форме вершины импульса и к габаритным размерам формирующего устройства применяют формирующие цепи, состоящие из колебательных контуров с неодинаковыми резонансными частотами и характеристическими сопротивлениями. Номинальные значения емкости и индуктивности колебательных контуров можно определить, разлагая операторные изображения входной проводимости или сопротивления на рациональные дроби, а также используя аппроксимации переходных функций тригонометрическими суммами или полиномами.

Можно улучшить форму импульсов и сократить число звеньев, выбрав номинальные значения одного или обоих элементов (L и С)

каждого контура даже в однородной формирующей ЛЗ различными. Однако при этом усложняется их изготовление, особенно при увеличении мощности формируемых импульсов по сравнению с рассмотренными лестничными ЛЗ.

Ультразвуковые линии задержки

Ультразвуковые линии задержки (УЛЗ) применяют для получения сравнительно больших интервалов задержки (от 10 мкс до нескольких миллисекунд). Принцип работы УЛЗ основан на распространении механических колебаний ультразвуковой частоты в твердых средах (плавленом кварце, керамике, магниевых сплавах и т. д.). Для возбуждения и приема этих колебаний используют пьезоэлектрические преобразователи направленного действия в виде тонких кварцевых пластин, устанавливаемых нормально к направлению распространения акустической волны. Для уменьшения габаритных размеров УЛЗ применяют звукопроводы с многократными отражениями волны от боковых граней.

Для согласования частотных характеристик УЛЗ и спектра задержанных импульсов обычно вначале преобразуют видеоимпульсы в радиоимпульсы с помощью генератора высокой частоты, модулируемого задерживаемым видеоимпульсом. Электрические сигналы, поступающие с приемного пьезоэлектрического преобразователя, усиливаются и детектируются

[3].

82

3. Ограничители амплитуды импульсов

UВых

Uогр

Uогр

U(t)

UВх(t)

Uогр

Рис. 64. Амплитудная характеристика, входное Uвх(t) и выходное Uвых(t) напряжения идеального ограничителя амплитуды сигнала сверху

UВых

–Uпор

Рис. 65. Амплитудная характеристика, входное Uвх(t) и выходное Uвых(t) напряжения идеального ограничителя амплитуды сигнала снизу

84

3. Ограничители амплитуды импульсов

UВых

Uпор1

Рис. 66. Амплитудная характеристика, входное Uвх(t) и выходное Uвых(t) напряжения идеального двухстороннего ограничителя амплитуды сигнала

Последовательный диодный ограничитель характеризуется низким выходным сопротивлением в режиме передачи сигнала и высоким – в режиме ограничения. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода приведена на рис. 67.

85

3.Ограничители амплитуды импульсов

Встатическом состоянии диод либо открыт (Uд+ > 0), либо заперт (разомкнут) (Uд– < 0), что соответствует положению рабочей точки либо на правой ветви характеристики диода (М+), либо на левой (М–).

Взависимости от требуемой точности описания статических свойств диода используют различные варианты аппроксимации ВАХ. Простейшей моделью является кусочно-линейная аппроксимация (рис. 68).

Рис. 68. Кусочно-линейная аппроксимация вольт-амперной характеристики диода

характеризуют средний наклон ВАХ в запертом и открытом состояниях соответственно.

Рассмотрим работу диодных последовательных односторонних амплитудных ограничителей. На рис. 69 приведены принципиальная электрическая схема диодного ограничителя снизу и эпюры напряжений Uвх(t) и

Uвых(t).

Принципиальная электрическая схема и эпюры напряжений Uвх(t) и Uвых(t) диодного ограничителя сверху приведены на рис. 70 [5].

Изменение направления включения диода приводит к изменению типа ограничителя на противоположный [6]. Например, изменяется тип ограничителя сверху на ограничитель снизу, и наоборот.

Изменяя напряжение Е и его полярность, можем менять уровень ограничения и его знак.

86

3. Ограничители амплитуды импульсов

UВх(t)

Рис. 69. Электрическая схема и временные диаграммы напряжений Uвх(t) и Uвых(t) диодного ограничителя амплитуды сигнала снизу

Рис. 70. Электрическая схема и временные диаграммы напряжений Uвх(t) и Uвых(t) диодного ограничителя амплитуды сигнала сверху

87

3.Ограничители амплитуды импульсов

Вустановившихся состояниях рассматривают два режима: режим пропускания и режим ограничения. Режим пропускания реализуется, когда диод находится в открытом состоянии. Режим ограничения реализуется при запертом диоде. В схеме на рис. 69 диод открыт, если Uвх(t) < Е и к диоду приложено напряжение Uд < 0, а его сопротивление Rпр – мало. Заперт диод, когда Uвх(t) > Е, и к нему приложено положительное напряжение Uд> 0. Сопротивление запертого диода Rобр очень велико Rобр>>Rпр.

Всхеме рис. 70 диод открыт при Uвх(t) > Е, когда к нему приложено напряжение положительной полярности Uд> 0. Заперт диод при Uвх(t) < Е, так как Uд = (Uвх(t) – Е) < 0.

Рассмотрим выходное напряжение схем на рис. 69 и 70 в режиме

пропускания, равное

Очевидно, что Uвых пр будет повторять Uвх в этом режиме, если Кпр =1. Для выполнения этого условия нужно, чтобы R >> (RГ + Rпр).

Если диод закрыт и его сопротивление Rобр велико, выходное напряжение в ограничителях сверху и снизу определим как

Если Когр = 0, то Uвых(t) = Е, следовательно, имеет место режим идеального ограничения. Это условие выполняется при выполнении неравен-

ства Rобр >> (R + RГ) или (Rобр – RГ)>> R.

Для одновременного выполнения требований Кпр = 1 и Когр = 0 к резистору R предъявляются следующие требования (RГ + Rпр) << R << или (Rобр – RГ). Из последнего двойного неравенства следует требование малости RГ.

88

3. Ограничители амплитуды импульсов

Поскольку эти неравенства выполняются только в ограниченной мере, становится ясным, что Кпр несколько меньше 1, а Когр – несколько больше 0.

Это означает, что в режиме пропускания равенство Uвых(t) = Uвх(t), а в режиме ограничения Uвых(t) = E также будут выполняться в ограниченной мере.

Степень выполнения этих равенств будет хуже и хуже по мере сближения Rпр и Rобр диода. Это в свою очередь значит, что качество ограничения будет улучшаться по мере увеличения крутизны прямой ветви вольт-амперной характеристики диода и уменьшению крутизны обратной ветви, т.е. при увеличении Rобр и уменьшении Rпр.

В диодных ограничителях используют быстродействующие импульсные диоды, поэтому переходные процессы изменения выходных сигналов определяются паразитными емкостями нагрузки и инерционностью операционных усилителей.

Рассмотрим переходный процесс в последовательном диодном ограничителе.

При его анализе будем учитывать емкость нагрузки Сн, емкость монтажа С0 и собственную емкость диода Сд. Величиной Rr пренебрегаем и установим уровень ограничения Е = 0, тогда схема замещения последовательного диодного ограничителя примет вид, показанный на рис. 71.

Cд

VD

C0

UВх(t) R

UВых(t)

Рис. 71. Электрическая схема замещения последовательного диодного ограничителя напряжения снизу

На схеме замещения (см. рис. 70) объединены емкости монтажа См и емкость нагрузки СН, учитывая их параллельное включение С0 = См + СН. На рис. 72 приведены временные диаграммы входного импульсного

89

3. Ограничители амплитуды импульсов

напряжения Uвх(t) и напряжения Uвых(t) на выходе последовательного диодного ограничителя снизу.

UВх(t)

Рис. 72. Временные диаграммы входного импульсного напряжения Uвх(t) и напряжения Uвых(t) на выходе последовательного диодного ограничителя снизу

До момента t1 на входе действует положительное направление Е1, и, следовательно, диод – открыт, его внутреннее сопротивление Rпр очень мало, гораздо меньше R и на выходе схемы присутствует практически все входное напряжение Е1. К моменту t1 схему можно рассматривать как рези- стивно-емкостный делитель, и при подаче в момент t1 отрицательного скачка на выходе будет иметь место перепад напряжения [6]:

При t > t1 на входе действует отрицательное напряжение, диод закрыт, и емкость С0, которая была до сих пор заряжена до Е1, начинает разряжаться через резистор R с постоянной времени 1 С0 R и через время 3 1 разряжается до нулевого уровня. В момент t2 на входе действует положи-

90