сопровождения дели, синхронизации работы различных бло ков.
В импульсной технике временная задержка импульсов обычно осуществляется с помощью линий задержки, электрон ных схем задержки и фазовращателей.
§ 13.2. ЛИНИИ ЗАДЕРЖКИ
1. Общие сведения
Линией задержки (ЛЗ) называется линейный четырехпо люсник, обладающий тем свойством, что сигнал, поданный на вход, появляется на выходе через время 4 . называемое време нем задержки. Одновременно с задержкой в реальных линиях происходит ослабление и искажение передаваемого сигнала.
Основными параметрами линий задержки являются: время задержки t3, полоса пропускания АF, волновое сопротивле ние р и коэффициент затухания 3.
2. Линии задержки с распределенными параметрами
Наиболее простой линией задержки с распределенными па раметрами является отрезок коаксиального кабеля. Он переда ет импульсы с малыми искажениями и затуханием.
Время задержки в таких линиях определяется соотноше нием
4 = l V L C ,
где
/ — длина линии;
L и С — погонные индуктивность и емкость линии (индук тивность и емкость на единицу длины).
Применяется кабель для получения задержки в сотые—'Де сятые доли микросекунды. В противном случае длина кабеля получается очень большой. Так, например, для получения за держки в 1 мкс длина экранированного высокочастотного ка беля с полиэтиленовой изоляцией должна составлять 20 0 м. Чтобы уменьшить длину линии, необходимо уменьшить ско рость распространения волны
—1
ѵ~ Ѵ 'Т с
Для этого надо увеличить погонные индуктивность L. и емкость С линии. Для увеличения погонной индуктивности внутренний проводник кабеля выполняется в виде спирали с ферритовым
сердечником. Разработанные спиральные линии обеспечивают погонную задержку порядка 0 ,0 1 —0 ,1 мкс/м при волновом со противлении от сотен ом до единиц килоом. Полоса пропуска ния таких линий АF ^ 5-4- 10 МГц. Однако и спиральные ли нии для задержек, больших 1 мкс, имеют большие размеры.
3. Линии задержки с сосредоточенными параметрами
Линии с сосредоточенными параметрами представляют собой цепочку звеньев — фильтров нижних частот ти па «.k» или типа « т » (рис. 13.1). Линии с сосредоточенными параметрами искажают и ослабляют передаваемый импульс больше, чем линии с распределенными параметрами, но имеют значительно меньшие размеры при той же величине задержки.
Звенья гила „к"
З в е н о т и п а .т''
а2
Рис. 13.1
В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются серийно различные по конструкции и пара метрам малогабаритные линии задержки, выполненные, глав ным образом, с применением ферритовых сердечников.
Линии с сосредоточенными параметрами применяются для получения задержки от долей микросекунды до десятков микросекунд.
4. Пьезоэлектрические ультразвуковые линии задержки
Структурная схема ультразвуковой линии задержки пред ставлена на рис, 13.2. Принцип работы линии состоит в сле дующем,
Входной видеоимпульс модулирует по амплитуде колеба ния генератора ультразвуковой частоты. На выходе генерато ра создается радиоимпульс, который поступает на первый пьезоэлектрический преобразователь, преобразующий электри ческие колебания в механические. Механические колебания распространяются в упругой среде звукопровода с относитель но небольшой скоростью (1200—6000 м/с). Задержанный им пульс звуковых колебаний преобразуется вторым пьезоэлек трическим преобразователем в радиоимпульс, который затем усиливается и детектируется.
Рис. 13.2
Пьезоэлектрический преобразователь представляет собой пластинку из пьезокварца или титаната бария. Для качествен ного преобразования электрических колебаний в механические частота генератора должна быть близкой к резонансной часто те преобразователя. В качестве упругой среды (звукопровода) применяются вода, ртуть, металлы, плавленый кварц, стекло и ряд других материалов. Свойства упругой среды характеризу ются следующими параметрами:
—скоростью распространения механических колебаний;
—акустическим сопротивлением;
—затуханием.
Ультразвуковая линия может рассматриваться как эквива лентный четырехполюсник с резонансными свойствами, опре деляемыми преобразователями, нагруженными акустическим сопротивлением звукопровода.
Для передачи импульса с минимальными искажениями не обходимо увеличивать акустическое сопротивление среды и ре зонансную частоту преобразователей. Однако повышение резо
нансной частоты преобразователей ведет к росту потерь в Ли нии и к снижению механической прочности пьезопластинки. Все это приводит к тому, что диапазон рабочих частот ультра звуковых линий задержки лежит в пределах 1—70 МГц.
Достоинством ультразвуковых линий задержки является большое время задержки (от десятков до сотен и более микро секунд) .
К недостаткам таких линий задержки относятся:
—сложность и громоздкость конструкции;
—чувствительность конструкции к механическим толчкам;
—относительно большая зависимость параметров линии от внешней температуры.
5.Магнитострикционные ультразвуковые линии задержки
Магнитострикционные линии основаны на использовании магнитострикционных свойств сплавов некоторых металлов, например никеля. Магнитострикционный эффект заключается в изменении плотности материа ла под воздействием магнитно
го поля.
Достоянные |
|
Конструкция магнитострик- |
^QiHumot |
|
|
|
ционной линии задержки пред |
|
|
ставлена на рис. 13.3. На кон |
|
|
цах металлического |
стержня |
|
|
(ленты) расположены преобра |
|
|
зователи |
—• электромагнитные |
Передающая |
Приемная |
катушки, |
находящиеся обычно |
нотѵшка |
*ат*ш«.а |
в поле постоянного магнита. |
|
|
Входной радиоимпульс созда |
Рис. 13.3 |
|
ет в передающей катушке пере |
|
|
менное магнитное поле, под воз |
|
|
действием |
которого |
в стерж |
не возникают продольные механические колебания. Эти коле бания с относительно малой скоростью (4800 м/с для сплава никеля) распространяются вдоль стержня. Достигнув конца стержня, механические колебания вызывают изменение маг нитного потока, а следовательно, и э.д.с. в приемной катушке.
Частота несущих колебаний составляет 1— 10 МГц. |
Вслед |
ствие малой полосы пропускания |
(AF=2-f~ 5 МГц) |
и боль |
шого затухания искажения задержанных импульсов получают ся весьма значительными.
Время задержки в магнитострикционных линиях задержки обычно не превышает 150—200 мкс.
ß. Д о с т о и н с т в а и н е д о с т а т к и ли н и й з а д е р ж к и
Линин задержки обладают следующими достоинствами:
1 ) задержанный импульс сохраняет (с некоторыми искаже ниями) форму входного импульса. Другими словами, с выхода линии задержки снимается тот же импульс, который был по дан на вход;
2 ) высокая стабильность зремени задержки; 3) простота конструкции и высокая надежность (за исклю
чением ультразвуковых линий).
К недостаткам линий задержки следует отнести:
1 ) сложность осуществления плавной регулировки времени задержки;
2 ) малое время задержки (за исключением ультразвуковых линий задержки);
3) искажение и ослабление задержанного импульса в ис кусственных цепочечных и ультразвуковых линиях задержки.
§13.3. ЖДУЩИЕ МУЛЬТИВИБРАТОРЫ
ВКАЧЕСТВЕ УСТРОЙСТВ ЗАДЕРЖКИ
Электронные устройства задержки вырабатывают им пульс, задержанный на определенное время относительно принятого отсчета времени или другого (начального) им пульса. Время задержки может составлять от доли микросе кунды до секунд. Главным достоинством электронных уст ройств задержки является простота получения плавной регу лировки времени задержки.
В качестве простейших электронных устройств задержки применяются ждущие мультивибраторы. Время задержки t:i
определяется длительностью tn выходного импульса. Для примера рассмотрим ждущий мультивибратор с катодной связью и нулевой сеткой (рис. 13.4), к выходу которого под ключена укорачивающая цепь R3-C2. Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, представлены на рис. 13.5.
UU
t
t
Рис. 13.5
Под действием запускающего импульса на аноде лампы Л2 создается прямоугольный импульс необходимой длительности.
На выходе укорачивающей цепи формируются два корот ких импульса, при этом отрицательный выходной импульс за держан относительно входного на время t3 — tH.
Регулировка времени задержки осуществляется теми же способами, что и регулировка длительности генерируемого им пульса.
Недостатки таких устройств задержки:
1 ) регулировочная характеристика / 3 = cp (t/p) имеет большой коэффициент нелинейности (1 0 —2 0 %);
2 ) низкая стабильность времени задержки (оМзКс = 7 f-1 0 %). Вследствие этих недостатков ждущие мультивибраторы отно сятся к устройствам временной задержки малой точности.
Электронные устройства задержки, основанные на методе сравнения напряжения
Электронные устройства задержки, основанные на методе сравнения напряжений, можно разделить на:
— устройства с раздельными функциональными элемен тами;
Рис. 13.G
— устройства с совмещенными функциональными элемен тами.
U ,
t
Г
U i
Рис. 13.7
Структурная схема устройства задержки с раздельными функциональными элементами представлена на рис. 13.6. Вре менные диаграммы напряжений к ней даны на рис. 13.7.
Работа устройства происходит следующим образом. Входной импульс /г, запускает расширитель, роль которо
го может выполнять ждущий мультивибратор. Расширенный импульс и2 поступает на вход генератора пилообразного на пряжения. Пилообразное напряжение ы3 поступает на сравни вающее устройство. Кроме того, на сравнивающее устройство подается регулирующее (опорное) напряжение U0. В момент равенства этих напряжений сравнивающее устройство выра батывает короткий импульс «4. На рис. 13.7 видно, что при из менении регулирующего напряжения Uo изменяется время за держки t3.
В ряде случаев выходной импульс подается на расшири тель для срыва прямого хода пилообразного напряжения. Вре мя восстановления исходного состояния при этом значительно сокращается.
Линейность регулировочной характеристики t3 = / (CJn) в основном определяется линейностью пилообразного напря жения. Обычно электронные устройства задержки с раздель ными функциональными элементами представляют собой уст ройства высокой точности.
В электронных устройствах задержки с совмещенными функциональными элементами (например, в фантастроне) функции расширителя импульсов, генератора пилообразного напряжения и сравнивающего устройства совмещены.
13.4. ЗАДЕРЖКА ИМПУЛЬСОВ С ПОМОЩЬЮ ФАЗОВРАЩАТЕЛЕЙ
Структурная схема устройства временной задержки им пульсов на фазовращателях изображена на рис. 13.8. Времен-
Рис 13.3
ные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства, пред ставлены на рис. 13.9.
