Линии задержки Во многих элементах электроники, автоматики часто требуется задерживать импульс на какое-то время t ( время задержки ) относительно какого-нибудь опорного (время его появления идентифици-руется с нулевым моментом) импульса. Устройства, задерживающие выходной импульс относительно входного, называются линиями задержки ( ЛЗ ). Линии задержки могут быть естественными и искусственными. Рис. Задержка видеоимпульсов Электрические ЛЗ предназначены для задержки видеоимпульсов от единиц наносекунд до десятков микросекунд. Они делятся на однородные (с распределенными элементами) и на линии с сосредоточенными параметрами.
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 t з (рис. 19.12). С помощью пороговых устройств можно очень точно зафиксировать t з. К недостаткам 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) t l определяется производной фазочастотной характеристики: где ω с =2/√ LC — частота среза. Если соблюдается предположение, что частоты, составляющие спектр сигнала, малы по сравнению с ω с, то t з = n√ LC, где n — 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 U 0 на входе ЛЗ длительность фронта выходного напряжения для одного звена при согласованной нагрузке, когда R H = ρ, где ρ — волновое сопротивление ЛЗ, составляет t ф1 ≈ 1,13/√ LC, а для n- звенной ЛЗ — в n 1/3 раз больше, т. е. Длительность задержки, отсчитанной от момента подачи входного импульса, до момента, когда напряжение на выходе достигает 0,5U 0, оказывается для одного звена равной а для n- звенной ЛЗ
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 t з = nt 1, где n — число звеньев. Более перспективным 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.
На принципиальных электрических схемах ЛЗ обозначаются прописными буквами ЕТ с порядковым числовым или буквенным индексом. Как правило, указывается марка ЛЗ. Рис. Обозначения линий задержки на схемах. Для создания задержек наносекундной длительности используют линии с распределенными элементами (двухпроводные, коаксиальные, спиральные). Для этих линий вводится понятие распределенных (погонных) индуктивности ( L 0 ) и емкости ( С 0 ) (рис.). Если длина линии l, то суммарная индуктивность L = lL 0 и емкость С = lС 0. Рис. Эквивалентная схема однородной линии задержки.
К основным параметрам линий задержек относят волновое сопротивление однородной линии W = (L/C) 1/2, а также время задержки Т 3 = (LC) 1/2 = l( L я C я ) 1/2. Для увеличения времени задержки и волнового сопротивления используют спиральные ЛЗ с ферритовым стержнем. Для получения Т з от долей до десятков микросекунд рационально использовать ЛЗ с сосредоточенными параметрами (рис.). Рис. Линия задержки с сосредоточенными параметрами. В этом случае W=( kL я / kС я ) 1/2 =( L я / С я ) 1/2, Т з =k( L я •С я ) 1/2, где L я и С я соответственно индуктивность катушки и емкость конденсатора одной ячейки (звена); k - количество ячеек сосредоточенных элементов.
