Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001) (1096748), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Возникновение шумов в' выходном приборе связано с модуляцией высокочастотных выходных сигналов из-за низкочастотных флуктуаций в электронном пучке. Одной из причин этих флуктуаций являются пульсации анодного напряжения, которые приводят к модуляции амплитуды (амплитудные шумы) и фазы (фазовые шумы) выходных сигналов передающего устройства. По заданному спектральному распределению пульсаций анодного напряжения можно определить амплитудные т и фазовые 7Ф шумы выходного прибора из зависимостей где 3 — относительная спектральная плотность флуктуаций анодного напряжения в полосе з/; р — угол пролета электронов.
Поскольку в выходных приборах средней мощности уг 10...20т, то из формул (4.2) и (4.3) следует, что уровень допустимых флуктуаций напряжений источника электропитания определяется в основном фазовыми шумами. Например, в приборах среднеи мощности для ограничения допустимого уровня шумов 130... 140 дб/Гц гармонические составляющие ускоряющего напряжения в диапазоне доплеравских частот в заданной полосе не должны превышать 10 т У . При умеренных треБованиях к уровню шумов гармонические составляющие ускоряющего напряжения могут достигать 10 4...10 з от У .
Выполнение требований по уровню гармонических составляющих может быть обеспечено различными схемотехническими решениями источников электропитания, анализ которых приведен ниже. 4.3.1. Источники электропитания с непрерывными стабилизаторами напряжения При построении источников электропитания высокого напряжения по схеме с трансформаторным входом и с последующим выпрямлением и фильтрацией напряжения пассивным ЬС-фильтром спектр выходного сигнала СВЧ-приБора определяется низкочастотными составляющими выходного напряжения источника. При синусоидальной форме сетевого напряжения амплитуда Й-й составляющей Уь спектра пульсаций на выходе выпрямителя представляется зависимостью 2гпсозйл з!д(т/гп) г ~21гз Ф' где гп — число фаз выпрямленного напряжения; УФ вЂ” амплитуда фазного напряжения.
Для электронных средств повышенной мощности обычно применяется система электроснабжения трехфазного тока. В этом случае для схемы выпрямления Ларионова (т = 6) амплитуда У1 первой гармоники составляет 5,4 % от У . Фильтрация низкочастотных составляющих подобного уровня при большой мощности высоковольтного источника и жестких условиях эксплуатации приводит к завышению массы и объема передающего устройства. Так, при входном напряжении 220 В трехфазного тока частоты 400 Гц, выходной мощности нестабилизирующего источника электропитания 115 кВт, выходном напряжении 30 кВ и допустимом уровне гармоник выходного напряжения не более 10 е У масса пассивного фильтра составляет 65 % от общей массы, а объем — 45 % от общего объема источника электропитания.
При частоте входного тока 50 Гц масса и объем фильтра возрастут. 184 185 Для двстижения низкого уровня гармоник выходного напряжения при ограниченных массе и объеме высоковольтные источники электропитания выполняются стабилизирующими. СтаБилизаторы напряжения в данном случае используются в качестве активных фильтров. Регулирующий элемент стабилизатора напряжения включается на стороне высокого напряжения или на стороне системы электроснабжения. Мощные источники электропитания со стаБилизацией на стороне системы электроснабжения (первичной обмотки входного высоковольтного трансформатора) оБладают более высоким КПД и удельными энергетическими характеристиками по массе и объему по сравнению со схемами стабилизации на стороне высокого напряжения, но имеют худшие динамические свойства и недопустимо высокий уровень пульсаций выходного напряжения. Последний недостаток обусловлен необходимостью применения мощных тиристоров в качестве исполнительных компонентов.
Помехи, создаваемые этими тиристорами, передаются через трансформатор во вторичную цепь и требуют применения громоздких фильтров. Для выполнения жестких требований к качеству выходного напряжения мощного высоковольтного источника электропитания целесообразно применение стабилизатора непрерывного действия на стороне высокого напряжения. В качестве регулирующего компонента такого стабилизатора могут Быть использованы электровакуумные приборы или транзисторы. В последнем случае применяется последовательное соединение двух и более транзисторов, число которых определяется допустимым напряжением змиттер-коллектор. На рис. 4.26 показана схема транзисторного регулирующего устройства с последовательным соединением нескольких транзисторов и делителем напряжения, включенным между входом и выходом.
На вход управляющего транзистора Ъ'Тк поступает сигнал управления от узла обратной связи УОС, на остальные транзисторы ('г'Т1... УТ„) поступает сигнал с резистивного делителя напряжения Н1... А„. Резисторы выбираются из условия, чтобы проходящий через них ток превышал более чем в 5 раз ток базы любого из последовательно включенных составных транзисторов. При соответствующем выборе сопротивлений резисторов добиваются равномерного распределения напряжения между последовательно включенными транзисторами.
Данная схема позволяет уменьшить напряжение и рассеиваемую мощность на каждом транзисторе, однако она не позволяет построить стабилизатор напряжения с широкими пределами регулирования выходного напряжения, так как пределы регулирования ограничены допустимым напряжением одного транзистора. На рис. 4.27 и 4.28 показаны схемы регулирующих устройств с последовательным соединением транзисторов и делителем напряжения, включенным параллельно входным выводам, позволяющим разрабатывать стабилизирующие высоковольтные источники с широким диапазоном регулирования выходного напряжения.
На рис. 4.27 приведена схема у7, ут,, рт~ И, ч зк %ик г. а.н Лг Я1 Рис. 4.26. Предварительное соединение регулирующих транзисторов с резистивным делителем напряжения, включенным между входом и выходам У1у уП Л2 гг5 у!л зк зад Рис. 4.2т. Последовательное соединение регулирующих транзисторов с резистивным делителем напряжения, включенным параллельно входным выводам -У УП 'Л2 У71 У1 зк че мк Рис. 4.2З. Последовательное соединение регулирующих транзисторов с делителем напряжения на стабилитронах с включением силового перехода управляющего транзистора 1 Тк последовательно с управляемыми транзисторами УТ1 .., 1гТ„и резистивным делителем напряжения, а на рис. 4.28 — схема с включением силового перехода управляющего транзистора ЧТ„в цепь делителя напряжения, выполненного на стабилитронах ЧР2... $'кЭ„.
Выпускаемые в настоящее время высоковольтные транзисторы имеют максимальное допустимое напряжение эмиттер-коллектор порядка 1500 В. С учетом условий эксплуатации (температуры, атмосферного давления и т.п.) допустимое рабочее напряжение устанавливается значительно меньшим, поэтому регулирующее устройство с большим количеством последовательно соединенных транзисторов может оказаться нерациональным.
В атом случае используется традиционное решение на базе злектровакуумных приборов. 186 187 Низкий уровень гармонических соЪэ ставляющих напряжения обеспечивается включением на выходе стабилизатора сглаживающего фильтра, основным компонентом которого является конденсатор. 1 Требования к частотным свойствам последнего определяются частотой пульсаций выпрямленного напряжения на выходе стабилизатора.
Допустимое рабочее напряжение конденсаторов обеспечиваетРис. е.дв. Зависимость ся их конструкцией и материалами, поэтодопустимой амплитуды напря- му высоковольтные конденсаторы имеют стоты жен на конденса оРе от "а сравнительно Большие размеры и, следовательно, паразитные параметры, ухудшающие их частотные свойства. На рис. 4.29 приведена типовая зависимость допустимой для конденсатора амплитуды напряжения 71д „от частоты при определенной температуре. Граничная частота определяется допустимым снижением емкости Сдь„.
На рисунке показаны области режимов работы конденсатора: 1 — рабочая; э — теплового проБоя; Ю вЂ” повышенной вероятности влектрического пробоя; ( — электрического пробоя; 5 — пониженных значений емкости Сд „, б — индуктивного характера сопротивления конденсатора. В схемах с трансформаторным входом и частотой тока сети 400 Гц на выходе стабилизатора непрерывного действия могут Быть применены конденсаторы высокого напряжения сравнительно низкой частоты Без снижения значения Уд „, что является достоинством рассматриваемой структурной схемы источника электропитания. Ниже в качестве примеров рассмотрены осоБенности схемного и конструктивного исполнений мощных высоковольтных источников электропитания передатчиков, содержащихстаБилизатор напряжения непрерывного действия на стороне высокого напряжения. К выходному напряжению Уьых источника предьявляются следующие требования: нестабильность не более ш2 % при изменении входного напряжения на ш5 % и изменении выходного тока от номинального до нуля; уровень гармонических составляющих не выше 10 е 77 ь,„в заданной полосе частот.
К особенностям мощных высоковольтных источников электропитания передающих устройств следует отнести необходимость устройства нагрузки, в котором обеспечивается отвод Большой мощности тепловыделения. В подвижных электронных средствах на самоходных шасси или прицепах эта мощность может достигать 100 кВт. Нагрузка на подобную мощность, выполненная в виде набора резисторов, имеет 6ольшие массу и обьем и треБует значительных затрат электроэнергии для системы охлаждения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
