Következõ: Kapu-áramkörök | Tartalomjegyzék | Elõzõ: Önzáró (blocking) oszcillátorok

Mûvonalak és alkalmazásaik

A tápvonalelméletbõl (távíróegyenletekbõl) ismeretes, hogy folyamatosan elosztott L-C paraméterekbõl álló vonalak alkalmasak az elektromos jelek - többé-kevésbé alakhelyes - késleltetésére. Ennek oka az, hogy az 5.9.1. ábra szerinti helyettesítõ képpel rendelkezõ hálózatokban az elektromágneses hullámok terjedési sebessége a fény sebességénél lényegesen kisebb lehet. (Ilyen hálózat pedig sok van: szinte nincs is más. A vezetékpárok, a sodrott huzalok, az árnyékolt kábelek stb. mind ilyenek.) (Koncentrált - valóságos - induktivitásokból és kapacitásokból is készíthetünk természetesen az ábrán feltüntetett kapcsolású hálózatot. Ezeket késleltetõknek, mûvonalaknak nevezik, felhasználásuk igen változatos.)

5.9.1. ábra

A továbbiakban nagyon röviden áttekintjük a hullámvezetõk, mûvonalak azon tulajdonságait, amelyek impulzustechnikai alkalmazásukat alapozzák meg, illetve amelyek miatt bizonyos kényelmetlenségeket kell leküzdenünk. A magyarázattal általában adósok maradunk, csak a legfontosabb fogalmakat, jelenségeket soroljuk fel. (Az Elektrodinamika c. tantárgy majd szolgáltatja a szükséges elméleti hátteret.) Két párhuzamos vezeték véges hosszúságú szemközti darabjainak mindig van egymáshoz képest kapacitása. Ha áram folyik rajtuk keresztül, mágneses tér épül fel körülöttük, tehát induktivitásuk is van. A hosszegységre vonatkoztatott kapacitás és induktivitás nyilván függ a geometriai viszonyoktól, valamint a vezetékpárt körülvevõ anyag elektromos és mágneses tulajdonságaitól. A mûvonalak legfontosabb jellemzõi: a késleltetési idõ, és a hullámellenállás. A hosszegységre esõ késleltetés a hosszegységre esõ induktivitásból és kapacitásból a következõképpen számolható:

$\begin{displaymath}\tau ^\prime = \sqrt{L^\prime C^\prime}.\end{displaymath}$

A hullámellenállás rendkívül fontos fogalom. Azt az ellenállást jelenti, mellyel a mûvonal végét lezárva, nem kapunk reflektált hullámot (vagyis a mûvonal úgy viselkedik, mintha végtelen hosszú volna):

$\begin{displaymath}Z_0 = \sqrt{ {L^\prime \over C^\prime }}.\end{displaymath}$

A vonal végén használt bármely egyéb impedancia esetén mindig keletkezik reflektált hullám. A reflexiós tényezõ (a beesõ és a visszavert hullám amplitudójának viszonya) egy adott hálózatban:

$\begin{displaymath}\Gamma = {R-Z_0\over R+Z_0}.\end{displaymath}$

Az impulzustechnikai alkalmazások szempontjából nagyon fontos az extrém (zérus és végtelen) ellenállásokkal lezárt mûvonalak viselkedése bemeneti feszültségugrások hatására. Az alapjelenségeket az 5.9.2. ábrán tekinthetjük át. (Feltételezzük,hogy a jelgenerátor belsõ ellenállása megegyezik a hullámvezetõ hullámellenállásával.) Ha U₀ amplitudójú feszültségugrás jelenik meg a bemeneten, akkor - ha a rendszer hullámellenállásával van lezárva - a megfelelõ idõeltolódással a bemeneti jel a kimeneten megjelenik. Érdemes azonban felfigyelni arra, hohy a mûvonal bemenetén és kimenetén csak az eredeti feszültség fele jelenik meg - a mûvonal tehát egy potenciométer egyik ellenállásaként szerepel. Ha a mûvonal kimenete rövidre van zárva, itt feszültség nyilván nem alakulhat ki. Ez pl. úgy lehetséges, hogy a rövidzárra érkezõ beesõ hullám egy azonos nagyságú, de ellentétes reflektált hullámot gerjeszt. E kettõ összege nyilván állandóan zérus. Rövidrezárt mûvonal esetén a reflexiós tényezõ tehát $\Gamma = -1$ lesz. Nagyon érdekes a hullámvezetõ bemenetén kialakuló jel: itt egy - a hullámterjedési idõ kétszereséig tartó - határozott szélességû négyszög jelet kapunk. (A hullámvezetõ bemenetén mindig megjelenik a jelnek, valamint az idõben eltolt jelnek a különbsége. Nem meglepõ, hogy ezt a kapcsolást differenciáló áramkörnek is titulálják.)

5.9.2. ábra

Ha pedig a mûvonal távoli végén semmi sincs ("szakadással van lezárva"), akkor a reflexiós tényezõ $\Gamma = +1$ lesz, a bemeneten egy lépcsõs hullámforma jön létre, a kimeneten pedig némi késés után megkapjuk az eredeti jelet. A gondolatkör befejezéséül néhány számot, számértéket említünk. A fénysebességgel kezdjük: az elektronikus szakmában megszokott mennyiséggel operálva azt mondjuk, hogy a fémysebesség 300 m/ $\mu$ sec. Egy mikrosecundum alatt tehát az elektromágneses hullám 300 métert halad. A hullámvezetõkben ez a sebesség lecsökken körülbelül a felére, harmadára. Egy megszokott vezetéken tehát a jel késleltetése kb. 4-8 ns/m értékû. A vezetékpárok, árnyékolt kábelek hullámellenállása általában 50- 300 ohm közötti értékû. Ennek a viszonylag alacsony értéknek komoly következményei is vannak: Ha azt akarjuk, hogy egy jel a készülékeket összekötõ vezetéken reflexió nélkül haladjon át, akkor - legalább a vevõ oldalon - hullámellenállással kell e vezetéket lezárni. Ez annyit jelent, hogy 50-300 ohmos ellenálláson kell jelet keltenünk, ami jelentõs áramot igényelhet (kicsi ellenálláson csak kicsiny jeleket lehet létrehozni). Másként fogalmazva: ha az átvinni kívánt jel valamely fontos szakasza idõben összemérhetõ a hullámvezetõ késleltetési idejével, akkor legalább a vevõoldalon hullámellenállással kell a vezetéket lezárni. (Pl. a jel felfutási ideje 50 ns, ezt kell továbbítani egy 10 méter távolságra lévõ berendezéshez.) Kritikusabb esetekben pedig az adó oldalon is gondoskodnunk kell arról, hogy a meghajtó generátor belsõ ellenállása egyezzen meg a hullámellenállás értékével. Ha a fenti feltétel nem teljesül (a jel fontos szakaszai sokkal lomhábbak, mint az átviteli késleltetés), akkor sem szabad elfeledkezni arról, hogy ilyen esetekben az összekötõ kábel kapacitásként viselkedik, és a meghajtó generátor egy 50 - 150 pF/m terhelésre dolgozik, ami a jelek felfutási idejét sokszor lerõntja.

Következõ: Kapu-áramkörök | Tartalomjegyzék | Elõzõ: Önzáró (blocking) oszcillátorok

1999-09-23