Генератор сверхширокополосных сигналов на основе мультивибратора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Военная академия войсковой ПВО ВС РФ имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского

ГЕНЕРАТОР СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ МУЛЬТИВИБРАТОРА

Силаев Н.В., Сеньков М.А.,

Утенков Ю.О., Левченко С.И.

2010 г.

Аннотация

В работе рассмотрена возможность формирования сверхширокополосных сигналов с использованием мультивибратора, дифференцирующей цепочки и диодного выпрямителя. Такая схема генератора позволяет формировать однополярные сверхширокополосные сигналы пилообразной формы.

Ключевые слова: сверхширокополосные сигналы.

N.V. Silaev, M.A. Senkov, U.O. Utenkov, S.I. Levchenko. The generator of superbroadband signals on the basis of the multivibrator

In job the opportunity of formation of superbroadband signals with use of the multivibrator differentiating chain and element of the rectifier is considered. Such circuit of the generator allows to form unipolar superbroadband signals of the sawtooth form.

Key words: superbroadband signals

Интенсивное развитие науки и техники, которое наблюдается последние десятилетия, привело к появлению инновационных технологий во всех областях деятельности человека. Одной из таких инноваций является использование в связи, локации и навигации сигналов с шириной спектра более 500 МГц, которые получили название сверхширокополосных (СШП) сигналов. Ряд исследовательских работ, посвящённых изучению свойств СШП сигналов и возможности их использования в радиоэлектронных системах различного назначения позволил выявить значительные преимущества сверхширокополосных сигналов по сравнению с узкополосными сигналами [1]. Несмотря на это, вопросы формирования сверхширокополосных сигналов, их излучения, приёма и обработки и по настоящее время остаются актуальными.

В частности, для генерирования СШП сигналов используют дорогостоящие генераторы, принцип действия которых основан на использовании электронных приборов с нано и пикосекундной коммутацией токов, приобретение которых, зачастую вызывает трудности.

Для проведения исследований, связанных с обработкой СШП сигналов может быть использован генератор СШП сигналов, построенный на основе мультивибратора. Схема структурная генератора СШП сигналов показана на рис. 1.

Устройство формирования сигнала предлагается реализовать на генераторе прямоугольных импульсов, дифференцирующей цепи и однополупериодного диодного выпрямителя. Такая схема формирования позволяет получить однополярные импульсы наносекундной длительности пилообразной формы.

В качестве генератора прямоугольных импульсов предлагается выбрать мультивибратор - релаксационный генератор импульсов почти прямоугольной формы, выполненной в виде усилительного устройства с цепью положительной обратной связи.

Рис. 1. Структурная схема формирователя СШП импульсов

В качестве дифференцирующего элемента предлагается выбрать RC-цепь, которая служит для предания прямоугольным видеоимпульсам пилообразной формы.

Однополупериодной диодный выпрямитель предназначен для отделения отрицательной составляющей пилообразных импульсов.

В радиоэлектронных изделиях печатные проводники, электрически объединяющие те или иные элементы схемы, проходят на достаточно близком расстоянии друг от друга и имеют относительно малые линейные размеры сечения. При большом времени переключения и малых тактовых частотах параметры печатных проводников, соединяющих выходы одних элементов со входами других, не оказывают существенного воздействия на быстродействие всей схемы в целом и на помехоустойчивость элементов.

С увеличением быстродействия схемы все большее значение приобретают вопросы высокочастотных связей между элементами. При этом становится обязательным определение не только параметров той или иной линии связи (сопротивления, емкости, индуктивности и т. д.), но и степени влияния их друг на друга (определение паразитной емкости, взаимной индуктивности и т. д.). Это особенно важно в высокоскоростных изделиях, так как время переключения элементов составляет единицы наносекунд и плотность размещения микросхем достаточно высока.

В формирователе импульсов наносекундной длительности в качестве линий связи используют, как правило, полосковые линии. Полосковые линии являются плоскостным вариантом двухпроводных и коаксиальных линий и близки к этим линиям по электрическим параметрам. Преимущества полосковых линий, по сравнению с их коаксиальными и двухпроводными прототипами, проявляются в области конструкции и технологии. Планарная конструкция позволяет сконцентрировать элементы на малых площадях и реализовать интегральные схемы, а печатная технология обусловливает экономичность массового производства элементов.

При проектировании формирователя импульсов наносекундной длительности, рекомендуется использовать несимметричные или микрополосковые линии [2]. Это объясняется тем, что сигнал по микрополосковые линиям распространяется с меньшими временными задержками. мультивибратор генератор сверхширокополосный

Одна из особенностей расчёта формирователя импульсов наносекундной длительности заключается в том, что сигнал по микрополосковой линии распространяется с задержками. Причём величина задержки зависит от ряда факторов:

относительной диэлектрической проницаемости среды;

частоты сигнала;

геометрических размеров линии связи.

Необходимость учёта скорости распространения сигнала по линиям связи, взаимного влияния проводников и "звона" схемы при проектирование СШП устройств делает задачу проектирования сложной и трудоёмкой [2].

В качестве формирователя импульсов условно прямоугольной формы используется автоколебательный мультивибратор, схема электрическая принципиальная которого представлена на рис. 2. Исходными данными для проектирования мультивибратора рекомендуется выбрать следующие параметры:

напряжение питания;

период следования сигналов на выходе мультивибратора;

требуемую длительность формируемых импульсов (например t_и = 3•10-4 с.)

Рис. 2. Схема электрическая принципиальная симметричного мультивибратора

На рис. 3 представлены эпюры выходных сигналов мультивибратора.

Рис. 3. Эпюры выходных сигналов мультивибратора

На рис. 4 представлена электрическая принципиальная схема используемой дифференцирующей RC-цепи.

Рис. 5. Дифференцирующая RC-цепь

Спектральная плотность сигнала на выходе дифференцирующей цепи описывается следующим выражением:

,

где =RC,

С помощью обратного преобразованием Фурье можно получить сигнал на выходе дифференцирующей цепи. Он описывается выражением:

Графики для различных значений приведены на рис. 6.

Рис. 6. Сигнал на выходе дифференцирующей цепи

С уменьшением искажения сигнала растут и носят характер дифференцирования. Условием дифференцирования является:

При этом условии искажения касаются в основном вершины сигнала и не касаются фронтов. Это соответствует ослаблению низкочастотных составляющих спектра.

Простейшим выпрямителем является однофазный однополупериодный выпрямитель, схема электрическая принципиальная которого показана на рис. 7.

Рис. 7. Схема электрическая принципиальная однофазного однополупериодного выпрямителя

Таким образом, схема электрическая принципиальная генератора СШП сигналов на основе мультивибратора с усилительным каскадом представлена на рис. 8, а его печатная плата на рис. 9.

Рис. 8. Схема электрическая принципиальная генератора СШП сигналов

Рис. 9. Печатная плата генератора СШП сигналов

Форма генерируемых импульсов показана на рис. 10, соответственно, значения параметров импульсов будут в большей степени зависеть от быстродействия выбираемой элементной базы.

Рис. 10. Форма сигналов на выходе генератора

Таким образом, предложенная в работе схема позволяет получить СШП сигналы пилообразной формы с длительностью до нескольких наносекунд, что может найти широкое применение как в исследовательских работах, так и при разработке СШП систем различного назначения.

Литература

1. Шахнович И.В. Современные технологии беспроводной связи. Издание второе, исправленное и дополненное. М.: Техносфера, 2006.

2. Гаврилов А.Д., Ребров А.С., Силаев Н. В и др. Основные проблемы разработки САПР полупроводниковых сверхширокополосных устройств//Оборонная техника, №11-12, 2008.

Размещено на Allbest.ru