Диссертация (1137078), страница 26
Текст из файла (страница 26)
5.13. Распределение напряжений: а) UPS=2 кВ, б) UPS=4 кВ, в) UPS=6 кВ.169Таблица 5.5. Величина ошибки рассчитанного значения напряжения привведении компенсирующих емкостей, %.№Величина ошибки расчетного №ячейки напряжения, %ячейкиUa=2 кВ Ua=4 кВ Ua=6 кВ1426181122169123515121345913145134101561126167212178724131891319141910235203,78,1СКО3,8СКОПолученные результаты могут служитьпредположенияовозможностиВеличина ошибки расчетногонапряжения, %Ua=2 кВ Ua=4 кВ Ua=6 кВ18181613131056716342215531215138823892124205,85,65,1подтверждением правильностиустраненияразбросанапряжений,прикладываемых к транзисторам модулятора с помощью добавочных емкостей,величина которых зависит от места расположения транзистора и величиныпаразитной емкости ячейки на корпус, сделанного в разделе 4.2.2.Как видно из приведенных результатов экспериментов, при обеспечениисинхронности переключения транзисторов характер распределения напряжений,прикладываемых к ним в динамическом режиме, преимущественно определяетсядвумяпараметрами:паразитнымивыходнымиемкостямикорпусовемкостямитранзисторовтранзисторовнамодуляторакорпусимодулятора.Распределение напряжений слабо зависит от сопротивления и емкости нагрузки.При разработке конструкции модулятора и расчете дополнительныхвыравнивающих емкостей следует учитывать возможные изменения величинпаразитных емкостей корпусов транзисторов на корпус модулятора, вызванныевлиянием элементов конструкций других блоков РПДС.
В этом случаецелесообразно введение специальных заземленных металлических экранов,препятствующих изменению паразитных емкостей транзисторов на корпус.1705.4 ВыводыДля проверки основных результатов моделирования, полученных впредыдущей главе, был разработан и сконструирован экспериментальный макетмодулятора,позволяющийосуществлятьизмерениянапряжений,прикладываемых к различным точкам модулятора, а также токов в его цепях. Также был разработан измерительный стенд для определения вольт-фарадныххарактеристик транзисторов. На этом стенде были измерены характеристикитранзисторов, составляющих ключи модулятора. Эти характеристики быливнесены в математическую модель схемы двухтактного модулятора.Были проведены два эксперимента: машинный (с математической модельюэкспериментального макета) и натурный. Форма напряжения на нагрузке,полученная экспериментально, практически совпадает с рассчитанной, чтопозволяет заранее оценивать длительности фронта и спада импульса, а такжепроизводить оценку искажений плоской части импульса и их влияние напараметры генерируемых в ЭВП СВЧ радиоимпульсов.В ходе проведения экспериментов были получены зависимости падениянапряжения на отдельных транзисторах от их номера при разных коэффициентахиспользованияпонапряжению.Сравнениезависимостейнапряжений,прикладываемых к транзисторам модулятора, в натурном и машинномэкспериментах выявило различия между ними.
В натурном экспериментеразличие падения напряжений между транзисторами в ключе больше, чем вмашинном эксперименте. Это может быть объяснено погрешностью измеренияпаразитной индуктивности нагрузки и межэлектродных емкостей транзисторов.Экспериментальная проверка предложенного в разделе 4.2.2 способавыравнивания напряжений, прикладываемых к транзисторам, с помощьюдополнительныхемкостей,показалахорошиерезультаты.Напряжения,прикладываемые ко всем транзисторам, практически равны друг другу и недостигают порога ограничения защитных диодов.
Таким образом, можно считатьэкспериментально подтвержденной возможность выравнивания напряжений,прикладываемыхктранзисторамсоставныхключей,этимспособом.171ЗаключениеВ представленной работе изложены результаты решения научной задачиисследованияпроцессов,протекающихввысоковольтныхмодуляторах,построенных на основе составных твердотельных ключей, позволяющихулучшить параметры формируемых в РПДС импульсов, расширить диапазоныизменения их частот повторения и длительностей.Проведен анализ ЭВП СВЧ как нагрузок импульсных модуляторов.Определены основные типы приборов, используемых на практике, типовыезначения питающих их напряжений лежат в диапазоне от 2кВ до 100кВ и более.Показано существенное влияние питающих напряжений ЭВП СВЧ на параметрыгенерируемых импульсов. Определены требования к параметрам радиоимпульсов,формируемых в передатчиках, для различных применений. Наиболее жесткиетребования к параметрам импульсов предъявляются в радиолокационныхстанциях с системами селекции движущихся целей.
Показано, что для такихсистем требуется обеспечить стабильность напряжения плоской части импульсапорядка 0,4% и 0,04% при коэффициенте улучшения 20 и 40 дБ соответственно.Проведен анализ схем построения импульсных модуляторов для питанияЭВП СВЧ. Показано, что схемы с частичным разрядом емкостного накопителясовместноствердотельнымисоставнымиключами,построенныминатранзисторах с полевым управлением, позволяют обеспечить следующиепараметры импульсов напряжений, питающих ЭВП СВЧ,: длительность фронтаот 20 нс, длительность импульса от 40 нс до ∞, частота повторения импульсов доединиц МГц. Для удовлетворения требований по рабочим напряжениям и токамнеобходимо использовать последовательно-параллельное включение несколькихтранзисторов.Для схемы двухтактного модулятора, учитывающей паразитные параметрыотдельных элементов, разработана математическая модель.
С её использованиемпроведено исследование процессов, происходящих в модуляторе во время172различныхстадийегоработы.Выявленазависимостьнапряжения,прикладываемого к выходным электродам транзисторов модулятора при ихзакрытии, от номера ячейки, величины паразитной емкости транзисторов накорпусмодулятора,выходнойемкоститранзисторов.Показано,чтоустановившееся после закрытия транзисторов напряжение сохраняется в течениивремени от 100 мкс до единиц секунд.Предложен новый способ выравнивания напряжений, прикладываемых котдельнымтранзисторам,вдинамическомрежимесиспользованиемдополнительных конденсаторов, подключаемых параллельно выходным клеммамтранзисторов.
Величины емкостей этих конденсаторов определяются номеромячейки модулятора и величиной паразитной емкости транзисторов на корпусмодулятора. Показано, что при использовании дополнительных емкостейпроисходит увеличение собственной емкости ключа и динамических потерь внем.Определена предельная задержка начала переключения транзисторовсоставного ключа между собой. Эта задержка определяется быстродействиемотдельных транзисторов, их числом, коэффициентом использования транзисторовпо напряжению и параметрами токоограничивающих цепей.Предложена методика расчета предельных режимов работы составныхключей по частоте и скважности. Показано влияние собственной емкостисоставных ключей на эти параметры.Рассчитана величина ограничительного сопротивления, при котороймодулирующеенапряжениевовремяфронтаимпульсаизменяетсяпоапериодическому закону.
Для данной величины ограничительного сопротивлениярассчитана длительность фронта импульса.Проведены натурный и машинный эксперименты с полномасштабнойсхемойдвухтактногомодулятора.Полученныедлядвухэкспериментоввременные зависимости напряжений в различных точках модулятора былисопоставлены между собой.
Практически подтверждено наличие зависимостинапряжений, прикладываемых к выходным электродам транзисторов в закрытом173состоянии в динамическом режиме, от номера ячейки, а также подтвержденавозможность выравнивания этих напряжений с использованием дополнительныхемкостей.Проведенные расчеты, а также разработанные методики расчета параметровсоставных ключей позволяют создавать импульсные модуляторы с заранееопределенными параметрами.174Библиографический список1.
Викулов И., Кичаева Н. GaN-технология, новый этап развития СВЧмикросхем // Электроника: Наука,Технология, Бизнес. 2007. №4. С. 80-85.2. Викулов И., Кичаева Н. Вакуумная СВЧ-электроника в США: состояние итенденции развития // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2007. №5.C. 66-71.3. Вамберский М.В., Казанцев В. И., Шелухин С. А. Передающие устройстваСВЧ. Москва: Высшая школа, 1984. 448 с., ил.4.
Бабинцев Д.В., Балыко А.К. и др. Электронные устройства СВЧ. под ред.Лебедева И. В.. Москва : Радиотехника, 2008. 352 с.: ил. Т. 1. ISBN978-5-88070183-4.5. Каганов В.И. СВЧ полупроводниковые радиопередатчики. Москва: Радио исвязь, 1981. 397 с.6. Петелин М.И. Вакуумная СВЧ электроника: Сборник обзоров. НижнийНовгород : Институт прикладной физики РАН.
2002. 161 с. ISBN 5-8048-0027-2.7. Лебедев И.В. Техника и приборы свервысоких частот. Т.2 - электровакуумныеприборы СВЧ. Москва: Высшая школа. 1972. 376 с.8. Викулов И., Кичаева Н.Американская программа по СВЧ вакуумнойэлектронике HiFIVE // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2008. №5. С. 7074.9. Викулов И. Вакуумная СВЧ электроника в 2010 году: к миллиметровому итеррагерцевому диапазонам // Электроника: Наука,Технология. 2011. №2. С. 108119.10.
Викулов И. Вакуумная СВЧ электроника. По материалам конференции IVEC2009 // Электроника: Наука,Технология, Бизнес. 2010. №4. С. 43-45.11. Викулов И., Кичаева Н. Мощные СВЧ-модули, гибрид вакуумной итвердотельной электроники // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2007. №7.С. 69-71.17512. Department of Defense Advisory Group on Electron Devices. Special technologyarea review on vacuum electronics technology for RF applications. Offce of the UnderSecretary of Defence Acquisition and Technology . Washington, DC 20301-3140: 2000,December.13.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
