Диссертация (1137078), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Для исключения затягивания спадаимпульса необходимо жестко фиксировать тыл импульса дополнительнымвысоковольтным ключом, шунтирующим ЭВП во время пауз между импульсами.49Рис. 2.10. Структурная схема РПДС с анодной модуляцией.На рис. 2.10 приведена типовая структурная схема передатчика сдвухтактным анодным модулятором. Источник питания ускоряющего напряжениязаряжаетнакопительныйконденсаторСнак.Приотсутствиивнешнихуправляющих импульсов, разрядный ключ находится в замкнутом состоянии ишунтирует ЭВП. При этом катод находится под потенциалом корпуса.

Припоявлении управляющего импульса запуска разрядный ключ размыкается и,спустя небольшой интервал времени, замыкается зарядный ключ, формируетсяфронт импульса и его плоская вершина. Пауза между выключением одного ключаи включением другого необходима для исключения протекания сквозных токовмежду ключами. Резисторы R1 и R2 включены в схему для ограничения токовперезаряда паразитных емкостей ключей. Резисторы R1 и R3 ограничивают ток иэнергию, выделяемую в лампе, во время пробоя. Так же как и в схеме смагнетроном (рис.

2.9) высоковольтный источник питания должен обеспечиватьнапряжение, большее на величину U R  ( R1  R3 ) I к , по сравнению с рабочимнапряжением ЭВП.2.2.3 Схемы РПДС с сеточной модуляциейЭВП, имеющие в своем составе специальный управляющий электрод, могутиспользоваться в схемах с сеточной модуляцией. В этом случае ускоряющеенапряжение прикладывается между катодом и анодом непрерывно, а модуляцияэлектронного потока осуществляется сравнительно небольшим напряжением,50подключенным к промежутку между управляющим электродом лампы и еекатодом.Сеточнаямодуляциявыгодноотличаетсяотаноднойменьшимидинамическими потерями на перезаряд паразитных емкостей. Амплитуданапряжения на управляющем электроде, как правило, составляет (0,1...0,2) отускоряющего напряжения при этом паразитные емкости в приборах с сеточноймодуляцией (между управляющим электродом и катодом) соизмеримы повеличине с емкостью приборов с анодной модуляцией (между катодом и анодом).Поэтому динамические потери в приборах с сеточным управлением оказываютсяв 25...100 раз меньше, чем при анодной модуляции.

Активный ток в цепиуправляющего электрода во время импульсов и в паузах между нимисравнительно небольшой (порядка единиц миллиампер). Благодаря этому, присеточной модуляции удается получить более высокие частоты повторенияимпульсов (вплоть до 1 МГц) при допустимых потерях в модуляторе. Однако вслучаеиспользованияЭВПсуправляющимэлектродомувеличиваетсявероятность возникновения пробоя внутри ЭВП, так как высокое ускоряющеенапряжение непрерывно приложено между катодом и корпусом прибора. Дляуменьшения разрушительного воздействия пробоев на ЭВП и цепи его питанияиспользуются различные схемы защиты.Рис. 2.11. Структурная схема РПДС на ЛБВ с сеточной модуляцией.51На рис.

2.11 представлена структурная схема импульсной РПДС с сеточноймодуляцией. Источники напряжения смещения и превышения подключаются куправляющемуэлектродудвухтактныммодулятором.Приэтомжесткоформируются фронт и спад импульса управления лампой.2.2.4 Схемы рекуперации энергии на коллектореКоллектор ЭВП обычно имеет отдельный изолированный вывод и его либосоединяют с замедляющей системой (или блоком резонаторов для клистронов),либодляувеличенияКПДподаютнанегонапряжение,равноеU КОЛЛ  (0,3  0,7)  U a , то есть используют рекуперацию энергии. При этомвозможны два варианта построения импульсной РПДС (рис. 2.13).а)б)Рис. 2.12.

Структурные схемы РПДС на ЛБВ с сеточной модуляцией: а) спараллельным включением источников питания; б) с последовательнымвключением источников питания.52На рис. 2.12 а приведена схема построения радиопередающих устройств набазе клистронов или ЛБВ с параллельным включением источников питанияускоряющего напряжения (замедляющей системы или блока резонаторов) иколлектора. Здесь оба источника работают независимо.

При этом жесткиетребования по стабильности предъявляются только к ускоряющему напряжению,формируемомуисточникомпитаниязамедляющейсистемы(илиблокарезонаторов), так как это напряжение определяет скорость электронов в потоке(см. 2.1) и, как следствие, в большей степени влияет на фазу усиливаемых СВЧколебаний. Источник питания коллектора может работать со значительнымиизменениями напряжения. В этом случае возможно уменьшить емкость и, какследствие, массу и габариты накопительного конденсатора этого источника.На рис.

2.12 б приведена схема построения радиопередающих устройств набазеклистроновиЛБВспоследовательнымвключениемисточниковускоряющего напряжения и коллектора. При этом стабилизировать необходимосуммарное напряжение двух источников питания, что может вызвать некоторыезатруднения при разработке систем управления этими источниками. Однако вэтом случае есть возможность получить выигрыш по массе и габаритампередатчикавцеломзасчетуменьшениячислаэлементовсхемы(высоковольтных и высокопотенциальных трансформаторов, выпрямителей,конденсаторов, инверторов).2.3 Пробой в ЭВП СВЧОтличительнойособенностьюэлектровакуумныхприборовявляетсявозможность возникновения в них электрических разрядов - пробоев.

Какотмечалось ранее, причиной пробоя в ЭВП могут быть различные факторы иполностью исключить появление пробоев не представляется возможным.Поэтому рассмотрим процессы, протекающие в ЭВП во время пробоя, и ихвлияние на работу РПДС.Как отмечают разработчики аппаратуры [64, 65, 66, 67] и наблюдается напрактике, во время пробоя ЭВП представляет собой источник напряжения,53величина которого составляет 10-100 В.

При этом разряд между электродамиЭВП формируется практически мгновенно (менее 10 нс). Через лампу начинаетпротекать ток, величина и характер нарастания которого полностью определяютсяпараметрами цепей питания. Величина этого тока может достигать тысяч А, чтоприводит к физическому разрушению ЭВП. Скорость нарастания этого токаопределяется паразитной индуктивностью цепей питания и может достигатьвеличин 1000 А/мкс.В зависимости от типа прибора и его внутреннего устройства возможновозникновение пробоев между различными электродами лампы.

Для приборов санодной модуляцией характерно возникновение пробоев на участке "катод ускоряющий электрод" (замедляющая система или резонаторный блок для ЛБВ иклистронов). В приборах типа О с рекуперацией энергии на коллекторе возможновозникновение пробоев на участке "замедляющая система (блок резонаторов дляклистронов) – коллектор". В приборах с сеточным управлением возможновозникновениепробоевнаучастках"управляющийэлектрод–катод","управляющий электрод – ускоряющий электрод (замедляющая система илирезонаторный блок для клистронов)". Рассмотрим подробнее распределение токовво время пробоев на различных участках ЭВП.Рис.

2.13. Эквивалентная схема передатчика на магнетроне во время пробоя.На рис. 2.13 показана эквивалентная схема передатчика с анодноймодуляцией на магнетроне во время пробоя. Ключ модулятора оказываетсяподключенным к корпусу РПДС через ограничительное сопротивление имодулятор.Амплитудутокапробояможнооценитьпоформуле54I проб .  U a /( RОГР  RЗК ) , гдеUa-ускоряющеенапряжениеЭВП,RОГР-сопротивление ограничительного резистора, RЗК - активное сопротивлениезарядного ключа.В приборах с сеточным управлением с постоянным напряжением на катоденаибольший потенциал относительно ускоряющего электрода, который, какправило, заземлен, имеет управляющий электрод, так как большую часть временилампа находится в закрытом состоянии и к управляющему электроду в это времяприкладывается отрицательное относительно катода напряжение смещения.Суммарное напряжение управляющего электрода относительно ускоряющегоравно U max  U a  U смещ .

Учитывая сказанное и то, что управляющий электродрасполагается к ускоряющему электроду ближе, чем катод, следует считать, чтовероятность возникновения пробоя на участке "управляющий электрод –ускоряющий электрод (замедляющая система, блок резонаторов)" максимальна.При возникновении пробоя на этом участке ЭВП теряет управляемость поуправляющему электроду [64]. Восстановление управляемости возможно толькопосле уменьшения тока пробоя до величины I угас - тока угасания пробоя. Так какрасстояние между катодом и управляющим электродом, как правило, составляетдесятые доли миллиметра, то при возникновении пробоя между управляющим иускоряющим электродами теряет электропрочность участок «управляющийэлектрод - катод».а)б)Рис.

2.14. Схемы пробоя в ЭВП с сеточным управлением:а) пробой в цепи "корпус -УЭ"; б) пробой в цепи "катод – корпус".55На рис. 2.14 показаны пути протекания тока пробоя с корпуса (ЗС илирезонаторов) на управляющий электрод и катод.Рис. 2.15. Схема пробоя с управляющего электрода на корпус.Во время пробоя по цепи "корпус – управляющий электрод", потенциалпоследнегостановится равным нулю относительнокорпуса (рис 2.15).Напряжение на катоде отрицательно и равно ускоряющему. Это приводит к тому,что к сеточному модулятору прикладывается полное ускоряющее напряжение ичерез него начинает протекать ток пробоя, равный I КЗ  U a  U смещ  / RЗС , чтоможет привести к выходу из строя модулятора.

Для уменьшения воздействиятакоговидапробоевнасеточныймодуляториспользуютспециальныешунтирующие схемы защиты в виде диода [68]. В режиме нормальной работысхема защиты (см. рис. 2.15) не влияет на работу модулятора, так как к диодуприкладывается отрицательное смещение и ток через него отсутствует.

Во времяпробоя положительная разность потенциалов, приложенная к управляющемуэлектроду, открывает диод. Напряжение между катодом и управляющимэлектродом фиксируется на уровне напряжения превышения, ток пробояпротекает через диод схемы защиты.В случае возникновения пробоя между управляющим электродом и катодом(рис.2.16а),модуляторработаетнакороткоезамыкание.Потенциалуправляющего электрода равен потенциалу катода, происходит "открытие" лампыи неконтролируемое протекание тока катода.56а)б)Рис. 2.16. Схемы пробоя в ЭВП:а) УЭ – катод; б) коллектор – ускоряющий электрод.Пробой (рис. 2.16б) между коллектором и ускоряющим электродом (ЗС),как правило, не влияет на работу сеточного модулятора, однако при еговозникновениипроисходятпроцессыперезарядаемкостинакопителяускоряющего напряжения, что приводит к его быстрому изменению и нарушениюправильной работы системы. Для случая параллельного включения источниковпитания ЗС и коллектора накопительный конденсатор замедляющей системы припробое с коллектора на ЗС подключается к накопительному конденсаторуколлектора.

Характеристики

Список файлов диссертации