3.10.1. Формирование прямоугольных импульсов длинной линией

Рассмотрим длинную линию с распределенными параметрами (рис. 3.34, а), которая с помощью ключей КЛ1 и КЛ2 может присоединяться к источнику постоянного напряжения Е и нагрузке RН.

Предположим, что внутреннее сопротивление источника Ri и сопротивление нагрузки RН равны волновому сопротивлению линии r (RН = Ri = r) и что линия не имеет потерь.

Замкнем ключ КЛ1, оставив ключ КЛ2 разомкнутым. Через время  (где – длина линии, – скорость распространения волны вдоль нее) такая разомкнутая линия будет по всей длине равномерно заряжена до напряжения Е (рис. 3.34, б). Теперь линию можно рассматривать как источник напряжения с внутренним сопротивлением, равным r. В некоторый момент времени t = t1 замкнем КЛ1 и разомкнем КЛ2; тогда на нагрузке RН = r выделится напряжение

Поскольку каждый элементарный участок линии заряжен до напряжения Е > UH, то линия начинает разряжаться через RН. Иначе говоря, от нагрузки к разомкнутому началу линии распространяется волна с напряжением -Е/2 (рис. 3.34, в), разряжающая линию до напряжения Е/2.

В момент  эта волна напряжения достигнет разомкнутого начала линии (рис. 3.34, г), отразится от него без изменения амплитуды и фазы и начнет распространяться к нагрузке. При этом начальные участки линии окажутся разряженными до нуля (рис. 3.34, д), а к моменту  вся линия полностью разрядится (рис. 3.34, е).

Так как волна -Е/2 достигнет нагрузки лишь через время после замыкания КЛ2, то в течение этого времени UH = Е/2, т. е. на нагрузке выделяется прямоугольный импульс напряжения (рис. 3.34, ж) с амплитудой Um = Е/2 и длительностью .

Таким образом, принципиально длинную линию можно использовать как устройство, формирующее прямоугольные импульсы, длительность которых равна удвоенному времени задержки tЗ линии (в рассматриваемом случае tЗ = ).

Линия с распределенными параметрами используется для формирования импульсов наносекундной длительности, когда ее требуемая длина невелика. Увеличение длительности формируемого импульса приводит к увеличению длины линии, что ограничивает ее использование. Так, для формирования импульсов длительностью tИ = 2 нс воздушная линия (= 3 × 108 м/с) должна иметь длину

а для формирования импульсов длительностью tИ = 2 мкс потребовалась бы линия длиной

Погонные индуктивность и емкость L1, C1 кабеля больше, чем у воздушной линии, поэтому скорость распространения волны вдоль него () оказывается меньше, т.е. время задержки больше.

Большего эффекта достигают, выполняя внутреннюю жилу кабеля в виде спирали, что увеличивает погонную индуктивность и время задержки. Однако и в этом случае для получения микросекундных задержек длина кабеля исчисляется метрами.