Шапка

H.3 Линии задержки на сосредоточенных элементах и формирователи импульсов

Длинные линии передачи, имеющие «погонную» индуктивность \(L/l\) и ёмкость \( C/l\) ( на единицу длины ), можно аппроксимировать массивом из N дискретных последовательно включённых дросселей и шунтирующих конденсаторов ( рис. H.15 ). Результирующая цепь имитирует линию передачи, чья задержка на элемент равна \(τ_i=\sqrt{LC}\) , а импеданс \(Z_0=\sqrt{L/C}\) . Общее время задержки составляет \( t_p=Nτ_i=N\sqrt{LC}\) .

Рис. H.15   Задержка на сосредоточенных элементах получается из любого числа конденсаторов и катушек одинакового номинала

Таким образом, можно делать линии задержки, имитируя длинные линии передачи. Реализация на дискретных компонентах загрубит детали сигнала до временного разрешения \(τ_i\) или 1/N от общего времени распространения. Скажем, линия задержки на 1 μs , собранная из 20 LC секций сгладит все детали сигнала, которые короче 50 ns [* заменив их фрагментами экспоненты] . Т.е. это фильтр нижних частот, ослабляющий все частоты выше \( f=1/( 2π\sqrt{LC} ) \) .

Линии задержки на сосредоточенных элементах использовались в первых моделях аналоговых осциллографов. Они давали время на подготовку к развёртке луча, прежде чем задержанный сигнал доберётся до дефлектора. Такая схема позволяла наблюдать само запускающее событие ( и небольшой промежуток до него ). Более поздние модели использовали для этих целей коаксиальную линию со спиральной центральной жилой ( §H.4.3 ).

Линии задержки на сосредоточенных элементах находят применение в формирователях импульсов ( рис. H.16 ). Здесь параллельные ёмкости LC секций заряжаются до высокого положительного напряжения, а затем «центральная жила» эквивалентной коаксиальной линии замыкается на землю через высоковольтный переключатель на тиратроне. На общем терминала ( аналоге «экрана» ) появляется отрицательный импульс с длительностью в два раза больше, чем время распространения в линии. Выходной импеданс такой схемы равен импедансу линии. Данный формирователь способен запитывать нагрузку без посторонней помощи. Импульсный трансформатор нужен, если требуется другая амплитуда и/или полярность. Подобные конструкции используются в радарах и прочих местах, где напряжение и длительность импульсов несовместимы с обычными линиями задержки.

Рис. H.16   Формирователь высоковольтного импульса большой энергии. Тиратрон - специальная электронная лампа с небольшим добавлением водорода или иного газа, позволяющая переключать по-настоящему большие токи и напряжения ( тысячи ампер при десятках киловольт, т.е. десятки мегаватт ). Цепь дроссель-диод показывает способ получения «резонансной накачки» конденсатора от постоянного напряжения

На схеме показана цепь «резонансного заряда» из дросселя \(L_{charge}\space\) и диода, которые заменяют обычный резистор и заряжают ёмкость \( C_{total}\) ( N параллельных конденсаторов ). Такая цепь имеет следующие достоинства.

  1. Зарядка не рассеивает энергию, а резистор переводит в тепло примерно 50% .
  2. Зарядка заканчивается за время, равное половине периода резонансной схемы из \(L_{charge}\space\) и \( C_{total}\) .
  3. Конденсаторы заряжаются до удвоенного напряжения питания.

Это очень красивый приём, активно используемый в ключевых преобразователях и источниках питания для ламп-вспышек. [См. объяснение работы в §1.6.8 ]

Previous part:

Next part: