В настоящее время используются три типа волокон (см. рис. 4.4.8).

Многомодовые волокна. Сердцевина и оболочка волокон отличаются показателем преломления п. Общий диаметр волокна составляет 100...200 мкм. Человеческий во­лос имеет диаметр около 100 мкм. , где  — показатель прелом­ления сердцевины;  — показатель преломления оболочки волокна; D — общий диа­метр волокна.

Одномодовые волокна. Диаметр сердцевины составляет 5 мкм. Общий диаметр во­локна — около 100 мкм. В одномодовых волокнах распространяется один тип колеба­ний; в многомодовых — много типов колебаний. , где  — показатель прелом­ления сердцевины;  — показатель преломления оболочки волокна; D — общий диа­метр волокна.

Рис. 4.4.8. Типы волокон

Градиентные волокна. Их особенность в том, что сердцевина обладает фокусирую­щими свойствами. Свет распространяется по криволинейной траектории. Чем дальше луч от радиуса (от центра), тем выше скорость распространения. В этих волокнах излу­чение распространяется практически без дисперсии. , где  — показатель прелом­ления сердцевины;  — показатель преломления оболочки волокна;

D — общий диа­метр волокна.  — скорость распространения.

Конструкция световодов. Оптические волокна покрывают тонким (5... 10 мкм) слоем лака. Это может быть силикон, уритан, целлюлоза, эпоксидная смола или про­чие материалы. Лак защищает оптическое волокно от воздействий внешней среды. На покрытую лаком поверхность наносят слой эластичного материала толщиной 100 мкм. Как правило, это силикон, резина, полиэтилен или другой мягкий эла­стичный материал, и затем наносится нейлон — жесткий слой, придающий световоду стоячесть. Нейлон имеет толщину 50... 100 мкм и более, и наносится не всегда, а в за­висимости от предназначения световода. На рис. 4.4.9 показаны упрощенные кон­струкции световодов.

Линии электропитания

Виды линий. Электроэнергия от источника к потребителям подводится двумя про­водами — потенциальным й нулевым. Сложная аппаратура требует нескольких ис­точников вторичного электропитания (ИВЭП). Потенциальные провода всех ИВЭП на­зываются линиями электропитания и выполняются в виде индивидуальных проводов, нулевые провода в большинстве случаев объединяют и выполняют в виде одного мощ­ного провода или металлического листа [9].

Рис. 4.4.9. Конструкция световодов

    Выделяют параллельные, последовательные, а также точечные и параллельно­последовательные линии электропитания. Сравнение и выбор схем проводится по па­дению напряжения, нагрузочной способности по току, легкости проведения электро­монтажных работ и некоторым другим факторам. В сложном ЭС из-за ограничений на конструкцию одновременно можно использовать несколько вариантов разводки элек­тропитания, если подобный подход позволит улучшить электрические параметры, упростить монтаж, повысить ремонтопригодность.

Электропитание по схемам параллельной и последовательной разводки подводится гибкими одно- и многожильными проводами, подсоединяемыми к выводам питания потребителей электроэнергии (ПЭ). Преимуществом этих схем разводки является про­стота конструкции, легкость в проектировании и монтаже, необходимость в двух ком­мутационных выводах ПЭ для каждого питающего компонента (подводящего и отво­дящего).

Точечную разводку осуществляют жестким проводом и системой гибких проводов, с одного конца подпаиваемых к жесткому проводу, а с другого — к ПЭ. Параллельно­последовательную разводку рекомендуется применять при регулярном расположе­нии ПЭ. Как и при точечной разводке, суммарные токи протекают по мощной линии электропитания с большой площадью поперечного сечения. Линии электропитания и нулевого потенциала выполняют в виде единой конструкции, состоящей из двух мед­ных проводников или проводов круглого сечения, защищенных от короткого замыка­ния изолирующими пластинами или воздушным промежутком.

Падение напряжения на линиях. Рассчитаем падение напряжения на линии элек­тропитания (рис. 4.4.10) [9].

Рис. 4.4.10. Подключение энергопотребителей к источнику вторичного

электропитания

Полагая токи ПЭ независящими от изменения напряжения электропитания, пред­ставим ПЭ приемником тока, что правомерно для аппаратуры, разрабатываемой на микросхемах, имеющих допуск по питающему напряжению в 5-10 %. Расчет прове­дем как для последовательной разводки. Для упрощения будем считать, что токи при­емников электропитания /пэ равны, а также равны и сопротивления А2 участков ли­нии, между которыми подсоединяются ПЭ. Без учета падения напряжения на линии нулевого потенциала падение напряжения на линии электропитания

,

где n — число ПЭ.

В приведенном выражении произведение  есть сопротивление линии электро­питания (ЛЭП). Полагая, что получим

,

где  — сопротивление на единицу длины линии (погонное сопротивление);

— длина ЛЭП.

Уменьшая сопротивление и длину ЛЭП, а также число подсоединяемых к линии ПЭ, можно снизить  в любое число раз. Сделать меньшей длину линии можно ми­кроминиатюризацией и соответствующей компоновкой аппаратуры, снижением числа ПЭ — введением в конструкцию нескольких линий, подсоединяемых к одному ИВЭП. Другой путь уменьшения падения напряжения на линии электропитания — уменьше­ние сопротивлений  или .

Падение напряжения на ЛЭП при последовательной разводке быстро увеличивается с возрастанием числа ПЭ. Поэтому эти типы разводок, если токи ПЭ велики, а сопро­тивления линий сравнимы с сопротивлением нагрузки, применять не рекомендуется.

Развязывающий конденсатору подсоединяемый к выходу источника непосред­ственно у ПЭ, является для ПЭ как бы индивидуальным источником питания и осу­ществляет его электропитание накопленной энергией. Требуемая емкость развязыва­ющего конденсатора вычисляется по формуле

,

где  — кратность уменьшения падения напряжения на линиях электропитания и ну­левого потенциала;

— наименьшая длительность фронта импульсного сигнала;

L — суммарная индуктивность линий электропитания и нулевого потенциала.

При расчете конденсатора определяют падение напряжения на линии электропи­тания, и для обеспечения работоспособности ПЭ принимают решение об уменьшении этого напряжения в к раз. Для улучшения режима работы аппаратуры развязываю­щие конденсаторы с выводами минимальной длины устанавливаются у каждого ПЭ.

Полное сопротивление ЛЭП складывается из активной и реактивной составляю­щих, однако уже на частоте 100 кГц активным сопротивлением можно пренебречь и рассматривать только индуктивную составляющую. Уменьшения индуктивности ЛЭП можно достигнуть увеличением размеров ее поперечного сечения. Однако подобный подход не всегда результативен. Например, медный провод длиной 200 мм и диаме­тром 0,1 и 0,2 мм обладает соответственно индуктивностью 330 и 210 нГн, и при уве­личении расхода меди в 4 раза индуктивность уменьшилась только в 1,5 раза.

Меньшей индуктивностью при одинаковых геометрических размерах обладает про­вод, расположенный над землей, большей — провода круглого и прямоугольного се­чений. Наибольшее волновое сопротивление имеет провод круглого, а наименьшее — прямоугольного сечения. Для согласования с внутренним сопротивлением ИВЭП волновое сопротивление ЛЭП должно быть минимально возможным.