Диссертация (1137078), страница 24
Текст из файла (страница 24)
330 1012 пФ 10 106 Ом 3,3 мс ,чтонатрипорядкабольшедлительности импульсов, которые предполагается формировать модулятором.Таким образом, можно пренебречь спадом напряжения на плоской частиимпульса, обусловленным разрядом емкости CDIV . Зная напряжения U Si ,приложенные между корпусом модулятора и выводами истоков транзисторов,можно рассчитать напряжения, прикладываемые к отдельным транзисторам,, где i - номер ячейки.Нагрузкой модулятора служит безындуктивный объемный резистор RLOADмарки ТВО-10. Этот резистор подключается к модулятору навесным монтажом,поэтому при необходимости его можно заменить на аналогичный с другимсопротивлением. При проведении экспериментов использовались резисторы ссопротивлением 1 кОм и 10 кОм.
Резисторы, ограничивающие токи перезарядапаразитных емкостей, R11 и R12 обладают сопротивлением 100 Ом каждый.Сопротивление R2 (см. схему на рисунке 3.2) не использовалось.Так как имеется необходимость проводить измерения токов в цепяхмодулятора,находящихсяподвысокимпотенциалом,топрибор,осуществляющий эти измерения, должен быть гальванически изолирован отизмеряемой цепи на полное рабочее напряжение. Исходя из этого требования,целесообразно использовать индуктивные трансформаторы тока или датчикитока, построенные на эффекте Холла.
Индуктивные трансформаторы токаобладают высокой помехоустойчивостью, так как имеют низкое выходноесопротивление, но они не позволяют передавать постоянную составляющуюизмеряемого тока. Датчики тока на эффекте Холла позволяют измерятьпостоянный ток. Но при этом их выходное напряжение составляет десятки мВ,что приводит к существенному влиянию электромагнитных помех, возникающихпри коммутации высоких напряжений с короткими фронтами, на форму ихвыходного напряжения. При генерации коротких импульсов с высокой154скважностью (более 1000) нет необходимости измерять величину постояннойсоставляющей тока.
Поэтому в качестве измерителей тока были выбраныиндуктивные трансформаторы тока. Точность измерений составляет ±1%, полосапропускания этих датчиков составляет 50 Мгц, что достаточно для достоверногоизмерения импульсных токов с временем нарастания более 10 нс.В качестве емкостного накопителя используется конденсатор с малойиндуктивностью выводов CSTOR емкостью 0,2 мкФ, с предельным рабочимнапряжение 8 кВ марки Э23-8-0,2 производства фирмы "Элкос" (Россия).
Онзаряжается от источника напряжения UPS через ограничительный резистор RPS,сопротивление которого равно 10 кОм.Для удобства проведения экспериментов, обеспечения доступа к отдельнымячейкам модулятора, а так же исключения необходимости производить заливкуобъема модулятора электроизоляционными материалами, была выбрана линейнаяструктура модулятора с импульсными трансформаторами тока (см.
рисунок 3.6).Управление отдельными транзисторами модулятора осуществляется схемой,приведенной на рисунке 3.9.Сигналыуправлениятранзисторамимодулятораформируютсявспециальном генераторе импульсов. Затем эти сигналы усиливаются по мощностив подмодуляторе и передаются через импульсные трансформаторы тока квходным цепям отдельных транзисторов.Внешний вид макета модулятора приведен на рисунке 5.2. На рисунке 5.3приводится фотография отдельной ячейки модулятора.Ячейки модулятора установлены в диэлектрическом каркасе и соединенымежду собой проводниками. Через отверстия в сердечниках импульсныхтрансформаторов ячеек пропускается провод, образующий виток первичнойобмотки импульсного трансформатора.155Рис.
5.2. Конструкция экспериментального макета модулятора.Рис. 5.3. Фотография отдельной ячейки модулятора.5.2 Стенд измерения вольт-фарадных характеристиктранзисторовКак отмечалось ранее, важную роль в формировании напряжений,прикладываемых к транзисторам модулятора в динамическом режиме, играют ихмежэлектродные емкости. Величины этих емкостей нелинейно зависят отнапряжений, прикладываемых к выходным электродам транзисторов, причем этизависимости для разных экземпляров транзисторов могут различаться между156собой. Поэтому была поставлена задача проводить экспериментальное измерениезависимостей входной, выходной и проходной емкостей транзисторов отнапряжения, приложенного между выходными электродами транзисторов.Измерение вольт-фарадных характеристик транзисторов в настоящей работепроводилось с использованием специального измерительного стенда, схемакоторого приведена на рисунке 5.4.Рис.
5.4. Схема стенда для измерения емкостей транзисторов.Здесь CDS, CDG и CGS - истинные значения выходной, проходной и входнойемкостей соответственно; CРАЗД=0,5 мкФ - разделительные емкости, необходимыедлягальваническойразвязкиизмерительногоприбораитранзистора;RШ1=100кОм, RШ2=1МОм - шунтирующие резисторы, через которые разряжаютсяпаразитные емкости; RБ=10кОм - балластные резисторы, уменьшающие влияниеисточника напряжения на схему.
Измерение этих емкостей производилось спомощью прибора АМ-3028 (фирма Актаком).Непосредственное измерение внутренних емкостей транзисторов CDS, CDG иCGS невозможно, так как эти емкости неразделимы между собой. Поэтомувозможно провести измерения трех емкостей: C1=C12=CGS+CDS между выводами 2и 3 при замкнутых выводах 1 и 2; C2=C11=CGS+CDG между выводами 2 и 3 призамкнутых выводах 1 и 3; C3=C22=CDS+CDG между выводами 1 и 2 при замкнутыхвыводах 2 и 3.
Зная значения емкостей C1, C2, C3 можно рассчитать величиныемкостей CDS, CDG и CGS:CDS=(С1+С3-С2)/2,(5.1)157CDG=(С2+С3-С1)/2,(5.2)CGS=(С2+С1-С3)/2.(5.3)В таблице 5.1 приведены значения емкостей C1, C2, C3 для одного изтранзисторов ключа при разных напряжениях, приложенных между стоком иистоком транзистора.Таблица 5.1. Измеряемые емкости транзисторов.UDS, В0C1, пФC2, пФC3, пФ51020309677 5387 4575 37065040 2639 2454 23755020030030912488 2404 235923222281 224223612356 2346 232322962263 22299854 3592 2505 1453 776,3 154,910080,158484003950033В таблице 5.2 приведены рассчитанные по формулам (5.1...5.3) значенияемкостей CDS, CDG и CGS.Таблица 5.2.
Рассчитанные значения внутренних емкостей транзисторов.UDS, ВCGS, пФCDG, пФCDS, пФ0510203050100200300400500243222172262231423382345233523122285225322197246317023131392753143694737292326094221926123111111111110На рисунке 5.5 приведена зависимость межэлектродных емкостей одноготранзистора из выборки от напряжения, приложенного между выходнымиэлектродами.Рис. 5.5. Вольт-фарадная характеристика используемого транзистора.158В результате измерений этих емкостей при разных значениях напряжения,получаем табличную зависимость C(Uвых ) . Для последующего использования этузависимость необходимо интерполировать непрерывной аналитической.Существует несколько методов интерполирования функций по известнымзначениям в некоторых точках: линейными функциями, полиномиальный методЛагранжа, сплайнами и др.
[53]. Наиболее простым из них является линейноеинтерполирование. В этом случае в промежутках между известными точкамифункция заменяется прямой, соединяющей соседние точки. Данный способ можетобеспечить требуемую точность интерполирования при соответствующем выборешага измерения функции. Недостатком этого метода является наличие разрывов упроизводных функции в точках стыковки соседних интервалов, что можетпривести к появлению неустойчивых решений при переходе из одного интервалаинтерполирования к другому.
Полиномиальный метод Лагранжа [53] позволяетинтерполировать функцию по N известным точкам полиномом степени (N-1).Интерполяционный полином будет обладать непрерывностью производныхвплоть до N-го порядка. Однако этот способ не обеспечивает требуемой точностиинтерполированиявпромежуткахмеждуизвестнымиточками.Интерполяционная функция может принимать отрицательные значения, в товремя как исходная функция положительна. В последнее время в компьютерноммоделировании получил широкое распространение метод интерполированиясплайнами. Согласно данному методу в промежутках между известными точкамифункциязаменяетсяполиномомтретьейстепени,причемпроизводныеполученной функции являются гладкими вплоть до третьего порядка.
Приинтерполяции монотонных функций, в частности вольт-фарадных характеристиктранзисторов, этот способ обеспечивает погрешность порядка 1-2%. Этот методтребуетдостаточнобольшогоколичествавычислений,чтоприводиткувеличению машинного времени, необходимого для расчетов.Учитывая вышесказанное, а так же принимая во внимание отсутствиенеобходимостиобеспечениянепрерывностиигладкостипроизводных159интерполируемых функций для выбранного метода численного решениядифференциальных уравнений, в дальнейшем для интерполирования вольтфарадных характеристик транзисторов будем пользоваться кусочно-линейнымметодом.Таким образом, зависимость C(Uвых ) будет заменена системой линейныхуравнений. Шаг измерения емкостей по напряжению, прикладываемому междувыходными электродами, определим экспериментально, исходя из требований кточности, обеспечиваемой интерполяционной функцией.На рисунке 5.6 приведена зависимость выходной емкости транзистора,измеренная с высоким разрешением по напряжению, и аппроксимированная поуказанным в таблице 5.2 точкам.Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
