Рис. 20.10
График зависимости тока	в индуктивности от времени приведен на
рис. 20.10.	После окончания импульса в контуре
	LCН за счет энергии, накопленной в индук-
	тивности, возникают затухающие колеба-
	ния (рис. 20.11). Скорость изменения
	напряжения на спаде при этом может быть
	существенно большей, чем в схеме с заря-
	дом через резистор.
	При следующей отрицательной полу-
	волне напряжения на контуре генератор
	может открыться вновь. Чтобы этого не
	произошло, в схему введен демпфирующий
Рис. 20.11	диод VL3.

Импульсные модуляторы с тиратронным коммутатором

При построении импульсных модуляторов, которые коммутируют мощности более 20 – 50 МВт, электронные лампы приходится заменять на газонаполненные приборы – тиратроны. Такие коммутаторы только замыкают ключ (рис. 20.3). Выключение тиратрона происходит только после падения напряжения между анодом и катодом до нуля и деионизации газа внутри баллона. Следовательно, при использовании таких коммутаторов накопитель энергии

142

(например, емкость) в модуляторе разряжается полностью. Если использовать в качестве накопителя конденсатор, форма напряжения на генераторе высокой частоты будет «треугольной», что в большинстве случаев недопустимо. Кроме того, как мы уже знаем, КПД цепи заряда при заряде емкости через резистор и полном разряде не превышает 50 %.

Формирование импульса напряжения отрезком длинной линии

Для того чтобы сформировать импульс напряжения прямоугольной формы, можно использовать в качестве накопителя отрезок длинной линии (рис 20.12).

Рассмотрим процессы разряда отрезка длинной линии на резистивную нагрузку. После замыкания ключа К на рис. 20.12,а в линии возникает возмущение, которое будет распространяться по линии от ключа налево. Пока оно не дойдет до правых зажимов линии и, отразившись от них, не вернется к нагрузке, схема замещения линии с нагрузкой будет соответствовать рис. 20.12,б.

При равенстве сопротивлений нагрузки RН и волнового сопротивления линии W напряжение на нагрузке будет равно половине того напряжения, до которого заряжена линия (E/2). Возмущение, которое возникает на зажимах линии и начинает распространяться справа налево, также равно половине напряжения линии. На левых разомкнутых зажимах линии происходит отражение этого напряжения со сменой знака. Эти процессы изображены на рис. 20.12,в. Там же показана форма напряжения на нагрузке. Это напряжение представляет из себя прямоугольный импульс величиной UН = E/2 и длительностью τИ = 2l/VФАЗ. Здесь l – длина линии, VФАЗ – фазовая скорость распространения возмущения в линии.

На рис. 20.12,г показаны процессы, протекающие при сопротивлении нагрузки RН > W. Форма напряжения на нагрузке представляет собой затухающую последовательность ступенек одного знака.

На рис. 20.12,д показаны процессы, протекающие при сопротивлении нагрузки RН < W. Форма напряжения на нагрузке представляет собой затухающую последовательность разнополярных импульсов.

143

Рис. 20.12

144

Для формирования импульсов в модуляторах отрезки реальных длинных линий не используются, так как длины отрезков получаются слишком большими. Предположим, что в качестве линии используется коаксиальный кабель, диэлектрик которого обладает диэлектрической постоянной e = 2 (полиэтилен).

Вычисляя длину линии по формуле l = 0,5τИVФАЗ , получим для tИ=1 мкс и

VФАЗ = С / ε (С – скорость света, С = 3× 108 м/с) l = 105 м.

Поэтому для формирования импульсов используются «эквиваленты» отрезков длинной линии (ЭЛ), например цепочечный (рис. 20.13).

Рис. 20.13

Расчет элементов цепочечного эквивалента линии

Для расчета элементов цепочечного ЭЛ воспользуемся следующими соотно-

=

=

,

шениями

W =

LПОГ

=

lLПОГ

LЛИН

nLЗВ

(20.14)

СПОГ

lСПОГ

СЛИН

nСЗВ

где LПОГ, СПОГ – погонные значения индуктивности и емкости длинной линии; LЗВ, СЗВ – индуктивность и емкость звена цепочечного ЭЛ, n – число звеньев цепочечного ЭЛ.

Длительность импульса определяется через параметры линии по формуле

τИ =

2l

= 2l ×

=

2

= 2n

,

LПОГСПОГ

LЛИНСЛИН

LЗВСЗВ

(20.15)

VФАЗ

где VФАЗ – фазовая скорость распространения сигнала в линии,

VФАЗ =

1

.

(20.16)

LПОГСПОГ

Из соотношений (20.14) – (20.16) получим

L =

WτИ

;

(20.17)

ЗВ

2n

СЗВ =

τИ

.

(20.18)

2nW

При использовании цепочечных ЭЛ следует учитывать, что форма импульса напряжения на нагрузке будет приближаться к прямоугольной с увеличением числа звеньев в эквиваленте длинной линии.

Колебательный способ заряда емкостей ЭЛ

Схема импульсного модулятора с тиратроном в качестве коммутатора и ЭЛ приведена на рис. 20.14. КПД зарядной цепи, как и в схеме с импульсным модулятором на электронной лампе, определяется отношением среднего напряжения

145

на накопительной емкости к напряжению источника, от которого производится заряд. В схеме рис. 20.14 накопительной емкостью является суммарная емкость эквивалента длинной линии (СН = n СЗВ), заряд которой осуществляется от источника питания через индуктивность L. Процесс заряда накопителя в этой схеме можно пояснить следующим образом. После окончания разряда ЭЛ напряжение на ней, тиратроне, импульсном трансформаторе (ИТ) равно нулю.

Рис. 20.14

Ток через тиратрон также равен нулю, процесс деионизации закончен, ключ разомкнут. Это эквивалентно подключению источника питания через зарядную индуктивность L.

Эквивалентная схема цепи заряда представляет добротный колебательный контур (рис.20.15) с резонансной частотой:

	w =	1		;	(20.19)
			LCН

Рис. 20.15

Переходный процесс заряда конденсатора C носит колебательный характер. Через время, равное половине периода свободных колебаний, напряжение на конденсаторе достигает максимального значения, равного практически удвоенному напряжению источника питания, а точнее:

é

− σπ ù

σπ

=

rπ

1

=

π

;

UC МАКС =

Eê

1+ e ω ú

;

ω

2L

1

æ

R ö 2

(2Q)2 - 1

(20.20)

ê

ú

- ç

÷

ë

û

LC

è

2L ø

где Q =

L

1

=

ρ

– добротность цепи заряда.

C R

R

146

Определяя КПД цепи заряда по формуле (20.5), получим

				−		π
η =	UC МАКС + UC МИН	=	1+ e			(2Q)2 − 1	.	(20.21)
	2E				2

Графики зависимостей i(t), u(t) приведены на рис. 20.16.

Рис. 2.16

Зависимости UC МАКС и КПД от добротности Q представлены в табл. 20.1.

Зависимости UC МАКС и КПД модулятора от добротности Q					Таблица 20.1
Характеристика			Добротность
UC МАКС/E	1	2	3	5	10
	1,16	1,444	1,587	1,729	1,8544
КПД	0,58	0,722	0,793	0,864	0,9272

Следовательно, добротность цепи заряда для достижения высокого КПД должна быть достаточно высокой Q > 10.

Из выше изложенного следует, что импульсный модулятор с тиратронным коммутатором будет работать с максимальным КПД в том случае, когда положительные импульсы на сетку тиратрона подаются в момент максимального напряжения на накопителе. Очевидно, что частота этой импульсной последовательности должна быть в два раза выше частоты свободных колебаний в схеме заряда. Если не предпринять дополнительных мер, то частота следования радиоимпульсов F на выходе передатчика должна быть постоянной.

147