Лекция 30 (лекции по УГФС), страница 6

.

Д ля упрощения примем, что кривая намагничивания имеет вид, показанный на рис.30.21, то есть положим, что в ненасыщенном состоянии дроссель имеет бесконечно большую индуктивность, а в насыщенном состоянии индуктивность дросселя практически постоянна. Условно примем, что если к дросселю приложено напряжение положительного знака (при обходе контура с нелинейной индуктивностью L по часовой стрелке), то оно вызывает нарастание индукции в сердечнике. При этом рабочая точка сердечника коммутирующего дросселя выбирается у нижнего загиба кривой намагничивания (точка 1), то есть сердечник отрицательно насыщен. Это достигается с помощью системы подмагничивания выбором тока I_П . Положим, что в стационарном режиме работы модулятора в начале каждого периода напряжение на конденсаторе С равно нулю.

Сразу же после начала заряда конденсатора С от источника

сердечник коммутирующего дросселя L выходит из состояния отрицательного насыщения. Это происходит потому, что напряжение на конденсаторе С становится положительным, а оно через первичную обмотку ИТ прикладывается к дросселю L. При этом нетрудно показать, что в процессе заряда через дроссель L протекает ток I_L неизменной величины. Последнее обусловлено тем, что при идеализированной кривой намагничивания сердечника при нарастании напряжения на ёмкости напряжённость магнитного поля в сердечнике остаётся постоянной Н = 0.

Если считать ток через коммутируемый дроссель в процессе заряда ёмкости постоянным, то для схемы рис.30.20 справедливы следующие уравнения:

; (30.4)

. (30.5)

Подставляя (30.5) в (30.4), получаем:

. (30.6)

При начальных условиях U_С = 0; i_C = 0 решение дифференциального уравнения (30.6) имеет вид:

. (30.7)

В момент времени напряжение на конденсаторе С равно , а к концу периода Т оно достигает величины .

Зависимости изменения напряжения источника питания и напряжения на накопительной ёмкости показаны на рис.30.22.

При положительном напряжении на ёмкости рабочая точка сердечника коммутирующего дросселя перемещается по кривой намагничивания вверх, несколько не доходя до области положительного насыщения (точка 2, рис.30.21). При отрицательном напряжении на ёмкости рабочая точка сердечника коммутирующего дросселя перемещается вниз. Причём, так как отрицательный выброс напряжения на ёмкости в два раза больше положительного, то рабочая точка проходит точку 1 (рис.30.21), соответствующую границе отрицательного насыщения сердечника, и перемещается влево до точки 3. В этот момент индуктивность коммутирующего дросселя резко уменьшается и конденсатор быстро разряжается, формируя на входе импульсного трансформатора (ИТ), соответственно и на нагрузке, импульс напряжения, как показан на рис.30.23.

Т ак как индуктивность коммутирующего дросселя при насыщении сердечника входит в цепь разряда накопителя, то большая величина этой индуктивности совместно с присутствующей индуктивностью рассеяния препятствует быстрому разряду накопителя и тем самым ограничивает возможность получения коротких импульсов. Это один из недостатков магнитного импульсного модулятора. Преодолеть этот недостаток можно, увеличивая объём сердечника,⁵ что позволяет заметно уменьшить индуктивность рассеяния, либо применяя некоторые усложнения схемы.

Напомним, что при питании магнитного импульсного модулятора от источника переменного тока частота следования импульсов совпадает с частотой питающего тока.

При питании магнитного импульсного модулятора от источника постоянного тока может быть обеспечена любая требуемая частота следования импульсов. Однако в этом случае, как уже отмечалось, невозможно построить схему модулятора с применением одних лишь магнитных коммутирующих элементов. Помимо магнитных коммутирующих элементов схема должна содержать преобразовательный элемент, позволяющий преобразовать энергию источника постоянного тока в энергию источника переменного импульсного тока. В качестве преобразовательного элемента может быть использована электронная лампа, тиратрон или тиристор. При этом применение схем магнитных импульсных модуляторов с питанием от источника постоянного тока будет, очевидно, оправданным, если они будут обладать более высокой эксплуатационной надёжностью по сравнению с другими типами импульсных модуляторов, в частности на лампе или тиратроне. В большинстве случаев этого удаётся достигнуть.

На рис.30.24 представлена простейшая схема магнитного импульсного модулятора с питанием от источника постоянного тока.

П ри поджигании тиратрона начинается резонансный заряд накопительной ёмкости. Тиратрон гаснет, когда напряжение на ёмкости С достигает максимального значения. В этот момент зарядный ток, а следовательно и ток через тиратрон, проходит через нулевое значение. Максимальное напряжение на накопительной ёмкости благодарю использованию резонансного заряда почти в 2 раза превышает напряжение источника Е. Когда напряжение на ёмкости достигает максимального значения, происходит разряд её через нелинейную индуктивность и на нагрузке формируется импульс напряжения. Перемещение рабочей точки сердечника нелинейной индуктивности в процессе заряда и разряда накопителя показано на рис.30.25.

Недостатком всех схем магнитных импульсных модуляторов является трудность регулировки длительности импульсов, что, например, легко делается при использовании коммутатора с электронной лампой. Форма импульсов на нагрузке в магнитных импульсных модуляторах также может заметно отличаться от прямоугольной.

Вопросы для самоконтроля знаний по теме лекции 30:

1. Назовите особенности работы генераторов короткими импульсами. Поясните их. Назовите основные па-
раметры видео и радиоимпульсов. Охарактеризуйте их. Как физически связаны между собою параметры
видео и радиоимпульсов?

2. Как вы представляете схему многокаскадного импульсного передатчика? Приведите её. Какие особенно-
сти её в сравнении с однокаскадной схемой вы можете назвать?

3. Охарактеризуйте импульсные коммутаторы на электронных лампах и тиратронах. Дайте их сравнение и
области применения.

4. Опишите, какие вы видите различия в схемах рис.30.14,а, б. Можно ли обойтись без сопротивления R_З ^/ ?
Поясните. Поясните процессы заряда и разряда ёмкости C в схеме рис.30.14,а.

5. Рассмотрите процессы заряда и разряда в импульсном модуляторе с частичным разрядом ёмкостного на-
копителя энергии по схеме рис.30.15.

6. Рассмотрите процессы заряда и разряда накопителя энергии в импульсном модуляторе с ИЛ по схеме
рис.30.17. Если вместо ИЛ использовать конденсатор ёмкостью С, то какой величины может быть полу-
чено напряжение на входе ИТ при использовании резонансного заряда накопителя при наличии и отсут-
ствии в схеме зарядного диода Д1? Поясните.

7. Поясните принцип работы магнитного импульсного модулятора по схеме рис.30.20.

8. Поясните принцип работы магнитного импульсного модулятора по схеме рис.30.24.

9. Назовите известные вам схемы импульсных модуляторов. Дайте сравнение схем.

10. Представьте графически зависимость зарядного тока и напряжения на накопительной ёмкости С в маг-
нитном импульсном модуляторе по схеме рис.30.24. Где вы встречались с подобными зависимостями?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В представленных лекциях рассмотрены основные вопросы создания высокочастотных электрических колебаний с необходимыми параметрами, предназначенных для использования в радиотехнических устройствах и системах различного назначения, в первую очередь для радиосвязи, радиовещания и радиолокации.

Вдумчивый читатель, внимательно прочитавший лекции и успешно проработавший вопросы в конце каждой лекции,⁶ подготовлен для изучения других радиотехнических дисциплин, как непосредственно связанных с изученной, так и родственных ей.

В настоящие лекции не вошли вопросы, касающиеся

• учёта инерционных явлений в электронных лампах и транзисторах (в первую очередь этот вопрос актуален для биполярных транзисторов);

• широкополосных генераторов – усилителей мощности;

• генераторов СВЧ на специальных приборах (клистронах, ЛБВ, туннельных диодах и др.).

Определённый интерес для радиоспециалиста могут представлять вопросы построения мощных автогенераторов СВЧ на лампах, которые также не рассмотрены в настоящих лекциях.

Тем не менее, представленные лекции позволят изучившему их практически самостоятельно разобраться с отмеченными выше вопросами, так как имеется много общих моментов в рассмотренных в лекциях вопросах и указанных выше, но не нашедших в лекциях непосредственного отражения. Что касается генераторов СВЧ на специальных приборах, то эти вопросы практически в полной мере рассматриваются, как правило, в специальном курсе.

Так как лекции представляют учебник по дисциплине, то в них не отражены вопросы непосредственного конструирования генераторов и их элементов.

Устройства генерирования и формирования сигналов в основном используются в радиопередатчиках, поэтому представленные лекции ориентированы на эту цель. Специфика построения радиопередатчиков различного назначения выходит за рамки дисциплины, основное содержание которой изложено в лекциях. Тем не менее, при рассмотрении отдельных вопросов в лекциях мы вынуждены были касаться построения радиопередатчиков различного назначения.

Автор благодарит читателя, проявившего интерес к представленным лекциям, и желает ему успехов в расширении своих знаний в области радиотехники и становлении его как специалиста в соответствующей области.

Рекомендуемая литература для дополнительного чтения:

1. Радиопередающие устройства: Учебник для вузов / В.В.Шахгильдян, В.Б.Козырев, А.А.Ляховкин и др.; Под ред. В.В.Шахгильдяна. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1996. – 560 с.

2. Муравьёв О.Л. Радиопередающие устройства связи и вещания: Учебник для техникумов связи. – М.:, Радио и связь, 1983. – 352 с.

3. Радиопередающие устройства: Учебник для вузов / Л.А.Белов, М.В.Благовещенский, В.М.Богачёв и др.; Под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина. – М.: Радио и связь, 1982. – 408 с.

4. Каганов В.И. Транзисторные радиопередатчики. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1976. – 448 с.

5. Линде Д.П. Радиопередающие устройства. – М.: Энергия, 1969. – 680 с.

6. Нейман М.С. Курс радиопередающих устройств. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Советское радио, 1965.– 594 с.

7. Радиопередающие устройства / Под общ. ред. Б.П.Терентьева. – М.: Связьиздат, 1963.
– 712 с.

1 См. лекцию 27.

2 Энергия любой реальной системы не может измениться скачком. Поэтому все физические процессы протекают за конечное, пусть и очень короткое время.

3 В ламповом усилителе также требуется определённое время для установления колебаний в контуре.

4 В начале процесса разряда отрезка линии напряжение U₀ делится пополам между волновым сопротивлением линии Z₀ и согласованной нагрузкой R_Н = Z₀ .

5 Такой подход не всегда приемлем, так как требуемый объём сердечника может возрасти настолько, что использование его окажется невозможным.

6 Успешная проработка вопросов обязательно предполагает сверку ответов с преподавателем или, в крайнем случае, заинтересованное обсуждение ответов с другими читателями или специалистами.

519