63322 (Усилитель мощности миллиметрового диапазона длин волн), страница 6

В системах с высокой частотой повторения (сотни кГц) низковольтное управление может оказаться предпочтительнее в силу квадратичной зависимости энергии перезаряда паразитных емкостей от модулирующего напряжения.

Вариант исполнения - по рисунку 3.6.б). В качестве ключей используются модуляторные лампы. Конкретный тип лампы определяется в результате расчета, но предварительно это будет либо тип, упоминающегося в разделе 2 лучевого триода, либо генераторный триод с плоской электродной системой.

Развязывающее устройство выполняется по варианту “пичковый запуск”. Функциональная схема модулятора приведена на рисунке 3.7. Работа схемы ясна из пояснений к рисунку, отметим лишь, что к “плавающей платформе” относятся: катод и сетка К1, анод К2, сетка ЛБВ, ТФ₊, ИП₊, вторичные обмотки Тр1, накальная цепь К1. К этим элементам предъявляются требования дополнительной электропрочности и малой емкости относительно других элементов. Достоинством ламповых модуляторов является надежность ламп при возникновение переходных процессов в высоковольтных цепях питания. К недостаткам следует отнести большие значения паразитных емкостей источников питания, необходимость создания цепей накала. Работа ламп при перезаряде емкостей с сеточными токами затрудняет использование импульсных трансформаторов для формирования управляющих импульсов большой длительности, и требует применения усилителей на входе лампы.

1. В качестве ключей используются полевые транзисторы.

В настоящее время допустимые напряжения сток – исток полевых транзисторов составляют 600 - 700 В. Поэтому в модуляторе необходимо последовательное включение не менее трех транзисторов. Отсутствие токов затвора упрощает формирование управляющего напряжения импульсным трансформатором. Схема требует надежной защиты транзисторов при возникновении переходных процессов в высоковольтных цепях источника питания.

Применение волоконно-оптической линии при построении модулятора.

Волоконно-оптические линии связи находят свое применение в различных областях науки и техники, так как обладают рядом достоинств; широкополосностью, малыми габаритами и весом, помехоустойчивостью, не подвержены электромагнитным влияниям. обладают возможностью электрического разделения передающего и приемного оборудования. Оптическая линия предназначена для управления высоковольтными ключами и осуществляет оптическую развязку схемы управления и импульсных ключей, предназначенных для формирования коротких высоковольтных импульсов. Структурная схема оптической линии (рис.3.8) состоит из передающего оптического модуля (ПОМ),оптического разветвителя (ОР) и 4-х приемных оптических модулей (ПрОМ).

Р исунок 3.8 - Структурная схема оптической линии.

Сигнал управления подается на передающий оптический модуль, где происходит преобразование электрического сигнала в оптический.

Рисунок 3.9 - Принципиальная схема передающего модуля

Принципиальная схема передающего модуля приведена на рисунке 3.9. Модуль выполнен на основе светодиода фирмы Неw1еtt Расkard (HFBR-1412T), который обеспечивает передачу в линию среднюю мощность-13дБм.Сигнал с уровнем ТТЛ подается на микросхему типа 1554ЛИТ ( или другую подобного типа), и затем с выход элементов D1.2...D1.4,через ограничивающие резисторы и корректирующую цепочку под R4C1 подается на светодиод который преобразует электротехнический сигнал в оптический.

Оптический сигнал подается в оптическом разветвителе, который представляет собой четыре оконцованных разъемами типа FC волоконных оптических световода с диаметром сердцевины 50 мкм, объединенных в однм соединении типа FC. Таким образом от световода , который имеет соеденитель типа FC, оптический сигнал вводится в четыре волоконных световода и подается на фотодетекторы оптических приемных модулей (ПрОМ).

Приемные оптические модули выполнены по однотипной схеме приведенной на рисунке 3.10.

Р исунок 3.10 - Приемный оптический модуль.

В качестве фотодетектора использован p-i-n фотодиод.

Преобразованный p-i-n фотодиодом оптический модуль усиливается двумя однотипными усилительными каскадами , выполненными на основе операционных усилителей с токовой обратной связью типа АД8005 и низким потреблением .

Во второй каскад введена нелинейная обратная связь, которая выполняет функции АРУ при больших входных сигналах и выполнена на диодах с барьером Шотки КД922А.

Далее сигнал формируется ключевым каскадом на транзисторе КТ371 и инвертором микросхемы 15543ЛА3.

Оптическая шина имеет следующие параметры:

Длительность входного и выходного импульса - 100...30000 нс;

Фронт нарастания и спада входного импульса не более 10нс;

Время задержки выключения не более -20 нс;

Входные и выходные уровни соответствуют уровням ТТЛ;

Ток потребляемый приемной стороной - 470мкА;

Допустимая разность потенциала между передатчиком и приемником линии не менее-50кВ.

4. Расчет электрический основных узлов источника питания

4.1 Расчет низковольтного трансформатора

Конструктивные параметры трансформаторов выбираются из условия обеспечения допустимого падения напряжения на обмотках и допустимого перегрева обмоток.

В диапазоне частот от 50 Гц до 10 кГц используются стали ,свыше 10 кГц – фериты ,от 5 кГц до сотен килогерц – сплавы.

Трансформатор содержит две первичные полуобмотки ,на которые подается напряжение U1 ,две выходные обмотки , с которых снимаются напряжения U2 и U3.

Частота принята равной 50 кГц.

Напряжение U1 на первичных полуобмотках определяется входным напряжением источника электропитания и равно 132 В

Напряжения на второй и третьей обмотках заданы с учетом падения напряжения на диодах выходных выпрямителей :U2 = 4В; U3 = 100В.

Токи второй и третьей обмоток заданы : I2 = 1.5A;I3 = 0.5 А .

Диапазон температур от –50 до +65 С.

Последовательность расчета

1. Выходная мощность трансформатора

Р2= U2 / I2 + U3 / I3 = 4 • 1.5 + 100 • 0,5 = 56 В • А. (1)

2.Принимаем КПД трансформатора на базе статистических данных = 0,99. Тогда входная мощность трансформатора

Р1 = Р2 / = 56 / 0,99 = 56.56 В*А. (2)

3. Входной ток трансформатора

I1 = Р1 / U1 = 56.56 / 132 = 0.42 А. (3)

Округляем значение входного тока: I1 = 0.5 А.

4. По значениям входной мощности P1 = 56.56 В • А и частоты f = 50 кГц выбираем из таблицы 4.2 типоразмер магнитопровода Ш12х15 марки М2000НМ1-14. Образец записи в технической документации: «Сердечник замкнутый М2000НМ1-14 ШГ2 х 15 ОЖО.707.140 ТУ».

Площадь поперечного сечения выбранного магнитопровода

Q = (12 х 15) мм = 1,8 см (4)

6. Площадь поперечного сечения провода обмотки определяется допустимой плотностью тока :

q = I / (5)

Для выбранного магнитопровода из таблицы 4.1 определяем допустимую плотность

< 4,4 А / мм.

6.1. Для первых полуобмоток принимаем = 2 А/мм. Тогда сечение провода первой обмотки

q1 = I1 / 1 = 0.5 / 2= 0.25 мм. (6)

В качестве обмоточного выбираем провод марки ПЭТВ-2 (таблица 4.1). Для увеличения коэффициента заполнения окна магнитопровода и снижения потерь мощности берем два провода с диаметрами по меди (d = 0,8 мм (сечение 0,5 мм) и по изоляции с d = 0,88мм.

6.2. Для второй обмотки принимаем 2 = 2,4 А/мм. Тогда сечение провода второй обмотки

q2 = 1.5 / 2,4 = 25 мм. (7)

Таблица 4.2 -Параметры провода ПЭТВ-2

Для второй обмотки выбираем ленту медную ГОСТ 1173-77 с поперечными размерами 25 х 1 мм.

6.3. Для третьей обмотки принимаем = 2,55 А/мм. Тогда сечение провода третьей обмотки

q3 = 0,5 / 2,55 = 0,196 мм2. (8)