Диссертация (1137078), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Происходит перераспределение заряда, в результате напряжение ЗСрезко падает, а напряжение на коллекторе резко возрастает. Величинанапряжения, прикладываемого к накопительному конденсатору коллектора (а также конденсатору ЗС) после перераспределения зарядов, определяется какU КОЛЛ C нак ЗС U a C нак КОЛЛ U КОЛЛC нак ЗС C нак КОЛЛи может превысить максимально допустимоезначение для накопительного конденсатора коллектора.Для схемы с последовательным включением источников питания пробой сколлектора на ускоряющий электрод приводит к разряду емкости накопителяколлектора и к короткому замыканию источника питания коллектора.
Врезультате ускоряющее напряжение резко уменьшается на величину напряженияколлектора.Во всех случаях при возникновении пробоя с коллектора происходитбыстрое уменьшение ускоряющего напряжения. Как отмечалось ранее, в этом57случае для ламп прямой волны могут нарушиться условия синхронизмаэлектронного потока с СВЧ колебаниями в замедляющей системе, при этом лампаможет перейти в режим автогенерации на обратной волне. Это приведет кпоявлению СВЧ колебаний, соизмеримых по мощности с выходными, на входеЭВП, что потребует введения дополнительных элементов развязки между лампойи возбудителем.Для уменьшения разрушительного воздействия пробоев на ЭВП имодулятор необходимо применять меры по ограничению тока пробоя. Впростейшем случае это может быть балластный резистор.
Во время пробоябольшая часть напряжения будет прикладываться к балластному резистору,поэтому основная часть энергии накопителя выделится в нем.В схемах с анодной модуляцией необходимо вводить специальные схемыконтроля импульсного тока ЭВП и быстрого размыкания зарядного ключа привозникновении пробоя. Контроль импульсного тока, как правило, осуществляетсяиндуктивными датчиками тока, построенными по принципу кольца Роговского[69]. Такие датчики тока обладают высоким быстродействием и точностью,обеспечивают гальваническую развязку измеряемых цепей от схемы управленияключом.
Так же возможно использование резистивных датчиков, подключенныхмежду корпусом модулятора и корпусом лампы.В схемах с сеточной модуляцией и постоянным напряжением на катоде дляограничения энергии, выделяемой в лампе, возможно применение защитныхключей, разрядников и тиратронов.Рис. 2.17. Структурная схема РПДС с защитным ключом.58Схема питания ЭВП с защитным ключом приведена на рис. 2.17. В этомслучае при возникновении пробоя защитный ключ размыкается, прекращаяпротекание тока пробоя. После рассасывания плазмы пробоя и восстановленияэлектрической прочности лампы (порядка 0,1...1 мкс) защитный ключ замыкаетсяи возможно продолжение работы системы.Схема защиты ЭВП от пробоев на тиратронах и разрядниках представленана рис.
2.18. Во время пробоя ЭВП шунтируется разрядником через разрядноесопротивление RРАЗР . При этом накопитель энергии полностью разряжается, восновном, через эту цепь, таким образом, уменьшая энергию, выделяемую в ЭВП.Данный способ защиты является эффективным [70], однако при возникновениипробоя работа передатчика приостанавливается на время повторного заряданакопительного конденсатора, которое может составлять единицы секунд.Рис. 2.18. Схема защиты ЭВП от пробоев с разрядником.Необходимо также учитывать возможность возникновения пробоев внеЭВП по причине низкой электропрочности цепей питания.
Такие ситуациивозможны при отладке системы электропитания ЭВП и в процессе эксплуатациипри деградации электроизоляционных материалов конструкции передатчика. Вимпульсных РПДС с анодной модуляцией наибольшую опасность представляетпробой с участка цепи "выход модулятора - ограничительный резистор" накорпус. В этом случае ток пробоя ограничивается только собственнымсопротивлением ключа,величинакоторого составляет1...100 Ом.Приконструировании модуляторов необходимо исключить возможность такихпробоев.
При сеточной модуляции пробой вне лампы с катода на корпус приводит59к тому, что к выходу модулятора прикладывается полное отрицательноеускоряющеенапряжение,накопленноенапаразитнойемкостицепиуправляющего электрода. Эта энергия значительно меньше энергии накопителяускоряющего напряжения, однако сильное перенапряжение может повредитьсеточный модулятор.
Для защиты от такого вида пробоя возможно применениесхемы защиты, аналогичной приведенной на рис. 2.15. В этом случаешунтирующий диод подключается к выводу источника питания смещения.Независимо от места возникновения пробоя, во время его протеканиягенерируются мощные электромагнитные помехи, способные привести к сбоям вработе систем управления субблоков РПДС, которые в свою очередь приводят кпереходу элементов РПДС в недопустимые режимы работы. Поэтому необходимоприменятьконструктивныеограничительныхприборов)(экранировка)способыисхемотехническиезащитыцепей(введениеуправления.Прииспользовании цифровых схем управления необходимо применять цифровуюфильтрацию входных сигналов.2.4 ВыводыВ главе были рассмотрены различные типы современных генераторныхСВЧЭВП,используемыхдляформированиямощныхимпульсовэлектромагнитных колебаний.
Рассмотрены особенности работы этих приборов.Определены зависимости токов через ЭВП от приложенных к их выводамнапряжений. На основе этих зависимостей были составлены упрощенныеэквивалентные схемы ЭВП как нагрузки модулятора.Приводятся типовые структурные схемы импульсных РПДС, построенныхна основе ЭВП. Описываются особенности и области применения этих схем.Определено место импульсных модуляторов в общей схеме импульсной РПДС.Обосновываетсянеобходимостьиспользованиясхемзащитыотразрушительного воздействия искрений в ЭВП. Приводятся возможные схемывозникновения искрений и пробоев в ЭВП различных типов.60По виду нагрузки и режимам работы выделены [22, 23]: анодные и сеточныемодуляторы.
Отдельно выделяется класс защитных ключей.Анодные модуляторы осуществляют коммутацию полного напряженияпитания электровакуумного прибора, они могут быть однотактными (длямагнетронов) или двухтактными (для клистронов и ЛБВ). Однотактныемодуляторы формируют фронт импульса и его плоскую часть. Спад импульсаформируется за счет разрядного резистора, через который разряжаютсяпаразитные емкости монтажа и нагрузки после размыкания высоковольтногоключа. Двухтактные модуляторы формируют как фронт, так и спад импульса.Они состоят из двух ключей: зарядного и разрядного. Через зарядный ключанодного модулятора протекает полный катодный ток ЭВП и ток зарядапаразитных емкостей, через разрядный ключ протекают токи разряда паразитныхемкостей.Сеточныемодуляторыосуществляюткоммутациюсравнительнонебольшого напряжения между управляющим электродом лампы и ее катодом, нонаходятся при этом под высоким потенциалом катода.
Такие модуляторы должныбыть двухтактными.Для обеспечения защиты ЭВП от пробоев в современных РПДС используютспециальные устройства - защитные ключи. Защитные ключи структурно похожина однотактные анодные модуляторы, отличие состоит в том, что они должныпроводитьбыстроеразмыканиевысоковольтныхпитающихцепейприпревышении током ЭВП максимально допустимого значения.Ниже в таблице 2.4 приведены основные параметры, требуемые отвыделенных устройств.61Таблица 2.4. Параметры, требуемые от современных модуляторов.ТипРабочиеВремяВремяРабочиемодуляторанапряжения, кВ открытия, нс закрытия, нс токи, ААнодные5...1001...2001...2001...200однотактныеАнодные5...1001...2001...2001...200двухтактныеСеточные0,5...2011...1001...1000,001...0,1Защитныене более5...100менее 100010...1000ключи100001- Размах управляющего напряжения между катодом и управляющимэлектродом.
На катоде при этом действует напряжение до 100 кВ.62Глава 3. Высоковольтные твердотельные модуляторыИсходя из приведенных в предыдущей главе требований к системамимпульсного электрического питания ЭВП СВЧ, осуществим выбор элементнойбазы импульсных модуляторов, составим их типовые схемы.3.1 Структура твердотельного модулятораВысоковольтные ключи являются основным структурным элементомимпульсныхмодуляторов,формирующихвысоковольтныеимпульсынапряжения.
Как отмечалось ранее, напряжения питания современных ЭВП СВЧлежат в диапазоне от 1 до 100 и более киловольт. Рассмотрим серийновыпускаемые твердотельные коммутирующие приборы, способные работать стакиминапряжениями.Втаблице3.1приведеныосновныевидыполупроводниковых коммутирующих приборов и диапазоны изменения ихосновных параметров [71, 72, 73].Таблица 3.1. Параметры современных твердотельных коммутирующих приборов.Вид прибораРабочеенапряжениеРабочий токВремяоткрытияВремязакрытия1...500Тысячи ампер 0,1...1 мксмкс10...1000,1...1до 10 АнсмксУправляемыедо 10 кВтиристорыБиполярныедо 2 кВтранзисторыПолевые транзисторыдо 1,7 кВдо 100 А5...50 нс 5...200 нс(MOS FET)Биполярныетранзисторыс10...10020...500до 3 кВсотни Амперизолированнымнснсзатвором (БТИЗ, IGBT)Наиболее высоковольтными приборами среди перечисленных являютсятиристоры. Они способны коммутировать большие токи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
