Глава 20 импульсная модуляция

Импульсная модуляция генераторов высокой частоты используется в локационных и навигационных передатчиках для создания периодических последовательностей коротких радиоимпульсов, пауза между которыми в сотни и тысячи раз больше длительности импульса. За время паузы в модуляторе накапливается энергия, а во время формирования импульса эта энергия отдается генератору высокой частоты. Наиболее распространенными накопителями энергии являются емкости, а в качестве коммутаторов используются электронные лампы.

Основные параметры импульсного сигнала

Рис. 20.1

Для характеристики импульсных последовательностей обычно (рис. 20.1) используют следующие обозначения:

 – длительность импульса; Т – период следования; q = T/ – скважность.

Энергетические соотношения оценивают по формулам:

P_1ИМП = 0,5U_ИМПI_{1 ИМП} – импульсное значение мощности высокочастотного генератора;

P_0ИМП= Е_ИМП I_{а0 имп} – импульсное значение постоянной составляющей мощности, подводимой к генератору;

– среднее значение мощности, подводимой к генератору,

– среднее значение мощности, рассеиваемой генераторным прибором.

Для ламповых генераторов, если длительность импульса не превышает 15 мкс, значение тока катода может в сотни и тысячи раз превышать его значение в непрерывном режиме. Соответственно во столько же раз может быть больше и значение генерируемой мощности.

Рис. 20.2

Модуляция электровакуумных приборов, как правило, осуществляется по аноду.

Параметры модулирующего импульса определим с помощью рис. 20.2, где _Ф, _С – длительности фронта и спада импульса, отсчитываемые по уровням 0,1 – 0,9;  – длительность импульса, отсчитываемая по уровню 0,5

Процессы в схеме с емкостным накопителем энергии рассмотрим на примере эквивалентной схемы (рис. 20.3).

Рис. 20.3

В промежутке между импульсами накопительная емкость С_Н заряжается от источника Е через резисторы R1 и R2, которые определяют время ее заряда. На время  замыкается ключ К и емкость С_н разряжается на генератор VL. Во время разряда R1 ограничивает ток источника питания через замкнутый ключ.. Возможны режимы полного и частичного разряда емкости. При полном разряде на нагрузке формируется импульс «треугольной» формы. Такой режим обычно не используется. Как правило, используется режим частичного разряда емкости, что позволяет получить на нагрузке модулятора импульс напряжения близкий по форме к прямоугольному.

Импульсные модуляторы с частичным разрядом емкости

Схема ИМ с частичным разрядом емкости приведена на рис. 20.4.

Модулятором (ключом) является электронная лампа VL1. В промежутке между импульсами лампа заперта смещением Е_с, а накопительная емкость С_Н заряжается по цепи R1, C_н, R2 током i_зар. С приходом импульса, открывающего модуляторную лампу, потенциал ее анода падает и левая обкладка накопительной емкости «подсоединяется» к аноду генераторной лампы VL2.

Происходит частичный разряд накопительной емкости через генераторную и модуляторную лампы. Если сопротивление модуляторной лампы близко к нулю, все напряжение, до которого заряжена накопительная емкость, будет являться напряжением анодного питания для генераторной лампы.

Длительность модулирующего импульса определяется временем открытого состояния модуляторной лампы, то есть длительностью импульса напряжения u_С на ее сетке. Графики напряжений в схеме ИМ определяются как формой напряжения u_С, так и процессами перезаряда паразитных емкостей схемы и разрядом накопительной емкости (рис. 20.5).

Рис. 20.4

Рис. 20.5

Оценим энергетические характеристики импульсного модулятора. При заряде накопительной емкости часть энергии источника питания бесполезно расходуется на сопротивлениях R1 и R2, а при разряде – на внутреннем сопротивлении открытой модуляторной лампы и на сопротивлении R2. Определим КПД зарядной и разрядной цепи модулятора.

При заряде источник отдает энергию W, которая делится между зарядными сопротивлениями и накопительной емкостью. При разряде накопительная емкость отдает энергию W_Н генератору. Энергии, полученная емкостью от источника питания за время паузы между импульсами, и отданная генератору, равны.

(20.1)

(20.2)

где Δq – величина заряда емкости от источника питания.

но (20.3)

(20.4)

Подставив соотношения (20.2), (20.3) и (20.4) в формулу (20.1), получим

При Т  и  0, U_{C МАКС} E, а U_{С МИН} U_{С МАКС} и _ЦЗ  1.

Реальные значения КПД достигают значений 0,9 – 0,98.

КПД разрядной цепи не превышает величины 0,8. При разряде накопительной емкости около 10% энергии теряется на внутреннем сопротивлении модуляторной лампы и столько же на сопротивлении R2. Общий КПД модулятора равен 0,7 – 0,75.