- •Раздел 6. Импульсная техника
- •Глава 19. Формирующие устройства
- •19.1. Электрические импульсы, их параметры и спектральный состав
- •19.2. Интегрирующие и дифференцирующие цепи
- •19.3. Линии задержки
- •19.4. Линейные формирующие цепи. Генераторы линейно изменяющегося напряжения
- •19.5. Ограничители электрических сигналов
- •19.6. Электронные ключевые схемы на диодах и транзисторах
- •Контрольные вопросы
19.3. Линии задержки
Во многих элементах электроники, автоматики и особенно в счетно-решающей технике часто требуется задерживать импульс на какое-то время t (время задержки) относительно какого-нибудь опорного (время его появления идентифицируется с нулевым моментом) импульса. Устройства, задерживающие выходной импульс относительно входного, называются линиями задержки (ЛЗ). Линии задержки могут быть естественными и искусственными.
Простейшей искусственной ЛЗ могут быть RC- или .RL-цепи (рис. 19.11, а, б), которые питаются от генератора прямоугольных импульсов (ГПИ). В обеих указанных цепях выходной импульс в точках 2-2' задерживается относительно входного импульса (точки 1-1’) на tз = (2 ÷ 3)τ (рис. 19.12). С помощью пороговых устройств можно очень точно зафиксировать tз.
Кнедостаткам таких устройств следует отнести большое искажение импульса и особенно удлинение фронтов.
В сверхбыстродействующих электронных устройствах применяются искусственные ЛЗ. Одна из таких ЛЗ приведена на рис. 19.13, a. Такая многозвенная линия обладает дисперсией времени задержки импульсов, связанной с зависимостью параметров отдельных звеньев от частоты импульсов. Емкость С является постоянной, а индуктивность — переменной. Индуктивные катушки выполнены на ферритовых кольцах. Процессы, происходящие в такой нелинейной дискретной ЛЗ при передаче импульса, описываются нелинейными дифференциальными уравнениями, общее исследование которых достаточно сложное. Рассмотренная ЛЗ обеспечивает задержку импульса на время не меньшее, чем длительность фронта входного импульса, и дает возможность получать задержанный импульс с крутым фронтом и значительной амплитудой на низкоомной нагрузке.
На рис. 19.13,б приведена схема линейной ЛЗ. Длительность задержки одного звена (пунктир на рисунке) tl определяется производной фазочастотной характеристики:
(19.7)
где ωс =2/— частота среза. Если соблюдается предположение, что частоты, составляющие спектр сигнала, малы по сравнению с ωс, то tз = n, гдеn — число звеньев ЛЗ. Однако при подаче через ЛЗ перепадов напряжений необходимо считаться с неизбежными искажениями фронтов импульсов. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что при идеальном скачке напряжения U0 на входе ЛЗ длительность фронта выходного напряжения для одного звена при согласованной нагрузке, когда RH = ρ, где ρ — волновое сопротивление ЛЗ, составляет tф1 ≈ 1,13, а дляn-звенной ЛЗ — в n1/3 раз больше, т. е.
(19.8)
Длительность задержки, отсчитанной от момента подачи входного импульса, до момента, когда напряжение на выходе достигает 0,5U0, оказывается для одного звена равной
(19.9)
а для n-звенной ЛЗ
(19.10)
Для высокоомных нагрузок пригодна ЛЗ с использованием сегнето-электрика (рис. 19.14), которая состоит из звеньев, содержащих катушку постоянной индуктивности L и нелинейную емкость С (u) в виде конденсаторов с сегнетоэлектриком. Зависимость емкости этих конденсаторов от напряжения обусловлена тем, что диэлектрическая проницаемость у сегнетоэлектрика есть функция напряженности электрического поля ε = f(E). Такие конденсаторы называют варикондами. Задержка импульса в линии может достигать значений tз = nt1, где n — число звеньев.
Более перспективным, однако, является применение искусственных ЛЗ с полупроводниками. Такая ЛЗ выполняется в виде звеньев с постоянной индуктивностью L и нелинейной емкостью С (u) (рис. 19.15). В качестве нелинейной емкости используют варикапы, емкость которых изменяется при изменении обратного напряжения.
Все рассмотренные ЛЗ могут быть использованы и как формирующие нелинейные цепи для импульсов с фронтами длительностью в сотые доли наносекунды.