Файл: Белицкий В.И. Коммутаторы каналов радиотелеметрических систем учебное пособие.pdf

I I

стия в экране, показанном на рис,За, могут иметь треугольную форму и располагаться таким образом, чтобы изменения радиуса вращения луча приводило к изменению времени облучения контак­ тов, расположенных за экраном (рис.36). Радиусом вращения лу­ ча управляют дополнительные отклоняющие системы, на которые поступают сигналы от датчиков.

Отверстия на экране могут иметь и щелевую форму (рис.Зв).

В этом случае модуляция осуществляется не по ширине импульса,

апо его1временному положению. Циклофон позволяет осуществить и надово-импульсную модуляцию.

Другим примером электроннолучевых приборов, используемых для коммутации, может служить трохотрон. Если в циклофоне на электронный луч воздействует только электрическое поле, то трохотрон содержит и электрическую, и магнитную отклоняющие системы. Под действием этих систем электроны луча движутся по петлеобразной кривой, называемой трохоидой. На рис.4 пред­ ставлена элементарная ячейка трохотрона, на которой легко по­ яснить принцип действия этого прибора.

Электроны, эмиттируемые цилиндрическим катодом К, движутся между плоскими электродами - положительным анодом А и отрица­ тельным В. Линии электрического поля направлены сверху вниз и лежат в плоскости чертежа, а силовые линии магнитного поля на­ правлены перпендикулярно чертежу. Благодаря воздействию этих долей электроны движутся по трохоиде к лопатке Л. Если теперь на лопатку подать напря­ жение ил положительной полярности, электрический

стину Пр расположенную над лопаткой. Следовательно, изменяя потенциал, можно управ­ лять движением трохоиды.

Реальные трохотроны имеют не одну лопатку, а несколько. На рис.5 показан десятшсамерный трохотрон простейшего типа (десять лопаток образуют десять камер). Электроды П1 “ ПЮ имеют небольшой положительный потенциал относительно катода К.

12

Пока напряжения на лопатках не меняются, почти весь электронный поток (более 99,9%) попадает на пластину Hj. Если же на пласти­ ну Ej подать напряжение отрицательной полярности, электронный поток замкнется через лопатку Лр Поскольку лопатка Jlj соедине­ на с анодом А через сопротивление Лл , падение напряжения на этом сопротивлении приводит к снижению потенциалов лопатки Лр

Вследствие этого элек­ тронный поток перейдет во вторую камеру трохотрояа. Подавая теперь отрицательный импульс на пластину Hg, можно перевести поток из вто­ рой камеры в третью и т .д .

При использовании трохотронов в коммута­ торах все пластины П| - Hjq соединяются с источником тактовых

импульсов отрицательной полярности, а с нагрузочных сопротив­ лений Ря в цепях лопаток Л^ - JIjq снимаются импульсы времен­ ной селекции. При попадании электронного потока на анод А на­ пряжение анода падает и интенсивность электронного потока сни­ жается. Это приводит к тому, что напряжения на электродах трохотрона восстанавливают свою первоначальную величину и цикл ра­ боты прибора возобновляется.

Включая трохотроны последовательно, можно увеличить число выходов коммутатора до необходимого предела.

§5. ЭЛЕКТРОННЫЕ КОММУТАТОРЫ

Врадиотелеметрической системе с большим числом каналов

ивысокой частотой опроса применяются в основном электронные коммутаторы, хотя они и уступают по ряду параметров механиче­ ским коммутаторам. Окончательный выбор типа коммутатора сле­ дует производить после тщательного анализа поставленных перед коммутатором задач и условий его работы.

Электронные коммутаторы могут выполняться на вакуумных и газоразрядных лампах, различного рода магнитных элементах, полупроводниковых приборах, ионных лампах и других приборах.

13

Электронный коммутатор обычно состоит из распределителя импульсов и схем временной селекции.

При проектировании распределителей импульсов используются следующие элементы:

1.Спусковые схемы с N состояниями устойчивого равновесия. Типичным примером таких схем является многофазный мультивибра­ тор.

2.Дзустабильные релаксационные схемы - триггеры.

3. Одностабильные спусковые схемы - ждущие мультивибраторы, фантастроны и т.п .

4.Матрицы.

5.Линии задержки.

6.Фазорасщепители и др.

По принципу действия распределительные устройства подраз­ деляются на распределители с последовательной работой и рас­ пределители с параллельной работой.

Враспределителях последовательного типа элементы схемы образуют замкнутую или разомкнутую цепь, в которой селектор­ ный импульс в каждом последующем элементе формируется только после воздействия на него предыдущего элемента.

Враспределителях с параллельной работой элементы, форми­ рующие селекторные импульсы, не имеют непосредственной связи между собой. В таких распределителях определенный входной сиг­ нал воздействует одновременно на ряд параллельно соединенных элементов, параметры которых выбираются таким образом, что на выходах их поочередно вырабатываются импульсы временной се­ лекции.

Распределители с параллельной работой чаще всего выполняют­ ся на базе спусковых элементов с одним состоянием устойчивого равновесия. Простейший пример такого распределителя приведен на рис.6. Все спусковые схемы распределителя (ждущие мульти­ вибраторы, санатроны, фантастроны и т .п .) запускаются в один и тот же момент времени коротким импульсом запуска. Длитель­ ность импульса на выходе каждой последующей схемы превышает длительность импульса на выходе предыдущей на время одного канального интервала. Дифференцирование задних фронтов сфор­ мированных спусковыми схемами импульсов позволяет получить сигналы, обозначающие начало и конец одного селекторного импульса.

14

Входное воздействие на параллельно соединенные элементы может иметь не только вид короткого импульса, но и быть пило­ образной, ступенчатообразной и другой формы. В этих случаях входное воздействие является времязадающим для всего коммута­ тора. Например, при подаче на вход распределителя пилообразно­ го напряжения элементы схемы с одним состоянием устойчивого равновесия настраиваются таким образом, что момент срабатыва­ ния каждого последующего элемента совпадает с моментом оконча­ ния выходного ймлульса в предыдущем элементе.

t

Т

^вых N

У77 Ш .^

т* t

Рис. 6

Распределитель импульсов с параллельной работой его эле­ ментов оказывается более сложным в схемном отношении и тре­ бует более точной наладки, чем распределитель с последователь­ ной работой, поэтому применение его целесообразно лишь в тех случаях, когда к кошутаторам каналов предъявляются повышен­ ные требования по надежности. Распределитель с параллельной работой более надежен потому, что выход из строя одного из его элементов приводит к нарушению работы не всего распреде­ лителя, а лишь одного из каналов комму гатора.

По схемному выполнению распределители делятся на кольце­ вые и матричные. Кольцевые распределители импульсов представ­ ляют собой замкнутую цепочку последовательно соединенных идеи-

15

тичных элементов, например ждущих мультивибраторов. Простейшие матричные распределители импульсов состоят из разомкнутой це­ почки двустабильных элементов и схем совпадения, выполненных в виде диодной матрицы или матрицы сопротивлении. Селекторные импульсы в матричном распределителе вырабатываются на выходах матрицы.

В электронных коммутаторах с большим числом каналов рас­ пределители импульсов могут выполняться по более сложной схеме.

Ниже приводится описание электронных коммутаторов, построен­ ных только на полупроводниковых приборах, поскольку такие ком­ мутаторы, во-первых, наиболее перспективны и, во-вторых, наиме­ нее изучены. Рассмотрению кошу та тороз на лампах и ферротран­ зисторных элементах посвящены работы [з, 16, 18, 25].

лен на рис.7.

Рис. 7

Запуск каждого из ждущих мультивибраторов осуществляется зад­ ним фронтом импульса, сформированного в предыдущем каскаде.

16

Стабильность кольцевых распределителей такого типа сравни­ тельно невысока. Поэтому чаще используют разомкнутую цепь жду­ щих мультивибраторов. В этом случае распределитель работает в стартстопном режиме, импульс запуска (кадровый импульс) подает­ ся на вход этой цепи.

Длительность импульса на выходе ждущего мультивибратора Т определяется формулой

- коэффициент, учитывающий влияние температурного тока. Длительность фронта в схемах, выполненных на низкочастот­

ных транзисторах,.может.быть вычислена следующим образом:

где <Zp - постоянная времени процесса диффузии в транзисторе

с общим эмиттером;

£и hv - коэффициент усиления по току и входное сопротивле­ ние этого транзистора соответственно.

Инженерный расчет ждущего мультивибратора может быть про­ изведен по методике, изложенной в работе [21].

В качестве элементов распределителей рассматриваемого типа могут применяться также фантастроны и санатроны. Вопросы инже­

нерного проектирования указанных схем отражены в работах [5,

22].

Селекторные импульсы снимаются с одноименных (например, пра­ вых) плеч триггерных ячеек. При включении схемы специальным импульсом сброса все ячейки, за исключением одной, устанавли­ ваются в одно' и то же состояние равновесия. Импульсы запусков, вырабатываемые генератором тактовых импульсов ГТИ, воздейст­

17

вуют одновременно на все ячейки распределителя, но вызывают опрокидывание лишь того триггера, состояние которого в момент прихода импульса было отличным от остальных (на схеме это триг­ гер I ) . При перебросе в триггере I вырабатывается импульс, ко­ торый опрокидывает следующую по кольцу ячейку 2. С приходом

•очередного тактового импульса селекторный импульс начнет фор­ мироваться в триггере 3 и т.д .

Триггерные ячейки могут выполняться на транзисторах, тун­ нельных диодах, четырехслойных диодах, ферритовых и ферротранзисторных элементах.

Рис. 8

•Триггер! на транзисторах могут быть симметричными и несим­ метричными. Детальному рассмотрению триггерных схем на однопо­ лярных триодах посвящена глава П.

Использование триггерных ячеек на разнополярных транзис­ торах позволяет проектировать распределители импульсов с более высокой экономичностью. Пример такого распределителя представ­ лен на рис.9. Как следует из рисунка, каждая триггерная ячейка включает в себя два разнополярных транзистора (п -р -п и р-п-р). Эмиттеры однополярных транзисторов кольца замыкаются на общеэмиттерные сопротивления РЭ1 и Р32 . Благодаря этому, протека­ ние тока в одном из транзисторов данного типа вызывает запира­ ние остальных транзисторов данного типа, т .е . сопротивления ВЭ} и Рэ2 играют роль автоматических смещений. Поэтому при фор­ мировании каждого из селекторных импульсов открыты лшге. два транзистора одной ячейки, что обеспечивает высокую экономич­ ность схемы.

ГОС. ПУБЛИЧНАЯ

ГУ : 'О-ТЕХНИЧЕСКАЯ

■Е ВЛНОТЕКА п п п о

18

Импульсы запуска в распределитель подаются обычно через яарафазный усилитель, нагрузкой которого являются общеэмиттерные сопротивления #Э7 и Рэг. Импульсы запуска запирают от­ крытые транзисторы, приводя схему в неустойчивое состояние. Достаточная длительность запускающих импульсов ( 3 - 5 мксек) и направленная (односторонняя) связь мевду соседними триггер­ ными ячейками распределителя через дифференцирующие цепочки и диоды обеспечивают однозначное отпирание очередной ячейки.

Так как открытые транзисторы находятся в режиме насыщения, с их коллекторов снимаются прямоугольные импульсы достаточно хорошей формы.

Триггерные ячейки на туннельных диодах отличаются весьма высокими скоростями переключения, позволяющими проектировать коммутаторы с временем опроса в десятые и даже сотые доли мик­ росекунда. В настоящее время разработано несколько схем триг­ геров на туннельных диодах. Одна из простейших схем - двухдиод­ ный триггер с индуктивной связью - приведена на рис.10.

Туннельные диода в схеме могут находиться в двух состоя­ ниях: либо пропускать большой ток при малом напряжении на элек­ тродах, либо, наоборот, при большом напряжении пропускать ма­ ленький ток. Напряжение питания схемы £ выбирается таким об­ разом, чтобы возможность работы обоих диодов в режиме малых токов была исключена. Цусть в исходном положении диод Д^- рабо­