ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Нелинейное преобразование, обеспечивающее разделение сиг­налов на основе анализа амплитудного распределения, имеет вид

(2.8) . Реализовать такое преобразование можно с помощью спе­циальных устройств, одним из которых является функциональный преобразователь ЛФ9П — политрон [52]. Политрон (рис. 2.2) пред­ставляет собой вакуумный электронно-лучевой прибор, основанный на принципе сканирования электронным пучком в потенциальном замкнутом пространстве, которое формируется специальной систе­мой электродов.

Политрон, как любая электронно-лучевая трубка, содержит электронную пушку, устройства формирования и ускорения луча, пластины горизонтального и вертикального отклонения. В отличие от обычной электронно-лучевой трубки политрон дополнительно имеет десять пар специальных вертикально отклоняющих пластин,

называемых функциональными (ФП). Вместо экрана в политро­не используются два изолирован­ных друг от друга коллектора, расположенных в одной верти­кальной плоскости и выполненных в виде горизонтально вытянутых пластин.

Отличительной особенностью политрона является использова­ние электронного пучка довольно большого диаметра (1,5—2 мм), соизмеримого с шириной коллек­тора. Изменение траектории лу­ча, локализованного в определен­ном телесном углу, производится при воздействии на луч электри­ческого поля функциональных пластин. Выбирая соответствую­щее распределение значений на-

І Іолитрон, разработанный для дискретно-аналогового преобразо­вании электрических сигналов, .позволяет получить, на своем выходе нелинейно перестраиваемую функцию одного переменного в реаль­ном масштабе времени. Если заземлить функциональные пласти­ны н использовать в качестве развертывающего сигнала пилооб­разное напряжение, то луч перекрывает оба коллектора в одина­ковой степени, при этом токи обоих коллекторов оказываются (в идеальном случае) равными, т. е. /к, = /к2. Очевидно, что /к,+

| /Ка=const.

Если к функциональным пластинам приложены определенные напряжения, то в момент, когда пучок электронов (луч) проходит между парой пластин, он полями этих пластин отклоняется. По­лому политрон может использоваться как многофункциональный ітератор тока. Например, при подаче на функциональные пла­гіати одинаковых по значению и чередующихся по знаку для каж — пні соседней пары пластин постоянных напряжений и пилообраз­ном напряжении развертки на коллекторах получаются синусоидо- подобные токи. Трубка, имеющая п функциональных пластин, да-

периодов колебаний переменной составляющей тока кол­

лектора. Меняя вид и полярность напряжений. на функциональных пластинах, можно моделировать не только синусоидальные функ­ции, но и показательные, логарифмические, степенные и другие.

11ри использовании политрона в качестве моделирующего устройства необходимо знать функциональную и амплитудную ха­рактеристики. Функциональной характеристикой называется зави­симость тока коллектора от напряжения развертки, полученная при условии равных по величине и чередующихся по знаку напря­жений на функциональных пластинах. Частным случаем функцио­нальной характеристики является так называемая «нулевая ли­ния», т. е. зависимость тока коллектора от напряжения развертки, получаемая при нулевых напряжениях на функциональных пла­стинах.

Под амплитудной характеристикой понимают зависимость тока коллектора от напряжения на функциональных пластинах при ус­ловии, что электронный пучок находится в центре исследуемой па­ры (рис. 2.3). Для каждого образца политрона эти характеристи­ки, «нулевая линия» и эксплуатационные параметры приводятся в паспорте на изделие.

Для решения задач диагностирования наибольший интерес представляют свойства политрона, которые могут быть использова­ны для различения реализаций сигналов, принадлежащих разным’ классам. При этом исследуемые сигналы подаются в качестве раз­вертывающих на горизонтально отклоняющие пластины политрона, а на функциональные пластины подаются для формирования раз — цміяющей поверхности постоянные напряжения разных знаков в: различных сочетаниях.

Проанализируем на основе результатов экспериментов влия­ние на выходные сигналы коллектора амплитуды, формы и часто­ты сигнала подаваемого на горизонтально отклоняющие пластины в качестве развертывающего напряжения (рис. 2.4). В качестве сигнала класса Л(), который будем называть образцовым, исполь­зуем напряжение синусоидальной формы. Оценка влияния ампли­туды проводилась при изменении ее значений в пределах (1,4—

-£

0—0

40) В при постоянных прочих параметрах (частота /=200 Гц, фор­ма сигнала — синусоида с коэффициентом искажения Kf=0,2%). »IIюры выходного напряжения на коллекторе приведены на рис. 2.5.

Физическая картина взаимодействия поля пластин и сигнала следующая. При отсутствии смещающего напряжения (/:=0) и входном сигнале t/3.r, равном нулю, луч располагается между V и VI функциональными пластинами, захватывая поровну оба кол­лектора. При подаче синусоидального сигнала U3.T луч начинает колебаться, причем размах колебаний зависит от амплитуды при­ложенного синусоидального напряжения. Из рис. 2.5, а следует, что при U3,Г=1,4В луч колеблется между V и VI пластинами, не за­хватывая их полностью. При увеличении Ua г до 4,4В луч полно­стью охватывает V и VI пластины (до их центров). При дальней­шем увеличении t/аг все большее число пластин вовлекается во взаимодействие и при Ua. T = 23,5В луч сканирует пространство под всеми десятью функциональными пластинами (рис. 2.5,6). При

1 Uo r=l,4 В; 2—из г=4.4 В; 3-U„.r=-23,5 В; 4-U3 г40 В; 5—Ua г = 23,5 В; Е= —40 В

U3,г выше 24 В (рис. 2.5, в) появляются области G, где выходной сигнал на коллекторе имеет искаженный вид. Это соответствует случаю, когда амплитуда выходного сигнала настолько велика, что луч находится часть времени вне зоны пластин. При подаче на од­ну из пластин X (см. рис. 2.4) отрицательного смещения картина напряжений на коллекторе существенно изменяется. Участок О і образуется вследствие пребывания луча вне зоны пластин, а уча­сток G2 соответствует случаю, когда напряжение развертки взаи­модействует с пятью парами пластин.

Коэффициент преобразования политрона, представляющий со­бой отношение амплитуды выходного напряжения на коллекторе к амплитуде входного напряжения, довольно мал. Для 7/зг=23,5В KDр=2: 23,5 = 0,085.

Влияние формы развертывающего напряжения можно оценить, сравнивая выходное напряжение на коллекторах при пилообраз­ном и синусоидальном развертывающих напряжениях. Напряже­ние на коллекторе для синусоидального развертывающего напря­жения приведено на рис. 2.5, б. Для пилообразного напряжения развертки коллекторное напряжение имеет вид синусоиды (про­порциональное Ih) — Различие характера изменения формы коллек­торных напряжений обусловлено тем, что скорость пилообразной развертки постоянна, а синусоидальной непрерывно меняется. Вследствие изменения скорости развертки изменяется время взаи­модействия луча с каждой парой пластин, что приводит к вариа­ции формы напряжений на коллекторе для синусоидального раз­вертывающего напряжения.

Одними из важнейших свойств любых радиотехнических: устройств являются частотные свойства. Исследование частотных свойств политрона производилось по схеме рис. 2.4, где правая пластина X заземлялась. Выходным сигналом служило синусои­дальное напряжение, частота которого изменялась в интервале (20—200 000) Гц. Этот сигнал подавался на горизонтально откло­няющие пластины. Амплитуда входного сигнала была выбрана равной 23,5 В с тем, чтобы развернуть его под всеми 10 парами функциональных пластин. Результаты измерений (амплитудно-ча­стотная характеристика и др.) и расчетов параметров представле­ны в табл. 2.1.

Как следует из приведенных данных, переменная составляющая выходного сигнала на коллекторе при увеличении частоты сохра-

мнется неизменной до частоты 700 Гц, а затем начинает умень­шаться.

Из описания динамики работы политрона очевидно, что все его характеристики зависят от взаи­модействия луча с полями плас­тин. Поэтому целесообразно и частотные свойства выразить че­рез время взаимодействия луча с одной парой ФП. Обозначим его через то — Рассматривая теперь амплитудно-частотную характеристи­ку политрона, отмечаем, что увеличение частоты развертки ведет к уменьшению времени взаимодействия, что влечет за собой умень­шение выходного сигнала. Заметим, что такой подход (с использо­ванием то) удобен еще и потому, что временем взаимодействия оп­ределяется также и физическая картина распознавания политро­пом исследуемых сигналов. В самом деле, для двух исследуемых сигналов, различающихся между собой, например, по форме, вре­мена взаимодействия луча и функциональных пластин будут раз­личны. Определяя частные времена взаимодействия с каждой парой пластин, фактически получаем распределения амплитуд, которые могут быть использованы для классификации сигналов (например, па основе формулы 2.4). Из табл. 2.1 видно, что на частоте 3 кГц время взаимодействия с центральной парой пластин равно 16,6 мкс, ври этом выходное напряжение составляет ~0,7 от максимального. При мкс политрон практически перестает выполнять свои

основные функции по нелинейному преобразованию. В частности, эго накладывает ограничения на длительность исследуемых им­пульсных сигналов — импульсы с длительностью 1 мкс практиче­ски нельзя различить, не изменив схему эксперимента.

При возрастании частоты развертывающего напряжения умень­шается выходное напряжение и на выходе — сопротивлении на — грузки ^—-появляется возрастающая по амплитуде составляю­щая той же частоты. Эффект «просачивания» входного сигнала объясняется влиянием емкости монтажа С1 и паразитных емко­стен С2 между горизонтально отклоняющими пластинами и кол — ісктором. Эквивалентная схема подключения паразитных емко — (тей представлена на рис. 2.6. В результате физического моделиро­вания было установлено, что суммарная паразитная емкость со­ставляет 15 пФ.

Из материалов по исследованию свойств политрона видно, что низкий коэффициент преобразования требует усиления сигналов на входе и выходе политрона до их обработки. Частотный диапа — «III исследуемых сигналов неширок, в связи с чем для распознава­нии радиотехнических сигналов необходимо предусмотреть меры по обеспечению анализа более высоких частот.

Применительно к схемам с использованием политрона как ли­нейного преобразователя эти меры ограничены трансформацией спектра сигнала.