Учебное пособие 2213

он - номинальный ток в импульсе; =E/ он - статическое сопротивление; =dE/d он - динамическое (дифференциальное сопротивление).

1.3.2. Схема емкостного ИМ на транзисторе

Схема емкостного ИМ приведена на рис. 1.9.

Рис. 1.9. Схема ИМ с емкостным накопителем

В этой схеме на высоковольтном транзисторе управляемы ключ, который в исходном состоянии закрыт за счет подачи отрицательного напряжения смещения б на базу резистора . В результате происходит процесс заряда высоковольтного конденсатора С по экспоненциальному закону

Постоянную времени цепи разряда Тр определим из условия: за время х (длительности импульса –напряжение на конденсаторе, приложение к СВЧ генератору, должно

элемента в СВЧ генераторе.

По истечении времени Т – периода повторения импульсов – на вход схемы приходит импульс положительной полярности, открывающий транзисторный ключ (коммутатор), вследствие чего к СВЧ генератору прикладывается положительное напряжение п, до которого успел зарядиться конденсатор. Начинается разряд конденсатора через транзистор и СВЧ генератор по закону

Время разряда определяется длительностью импульса τ, после чего ключ закрывается и вновь повторяется заряд конденсатора С .

Постоянную времени цепи заряда зар определим из условия: за время T конденсатор должен успеть зарядиться до напряжения источника постоянного напряжения п. Для его выполнения согласно (1.7) следует иметь ( / зар) ≥ 3.

Поскольку в импульсном модуляторе осуществляется коммутация больших значений токов, то при переключении возникает переходный колебательный процесс (рис. 1.8). Для

22

его быстрого затухания в схему (рис. 1.9.) включается диод

Согласно (1.8) для постоянной времени цепи разряда получим

=1/0.05 = 20 мкс.

Емкость

Согласно (1.10) КПД модулятора составляет 97,5%.

23

1.3.3.Магнитные импульсные модуляторы

Вмагнитных импульсных модуляторах коммутирующими приборами являются нелинейные индуктивности. Простейшая схема такого модулятора представлена на рис. 1.10,

Рис. 1.10. Принципиальная схема магнитного ИМ

где Cн – накопительная емкость, Lз – зарядная индуктивность, Rн – сопротивление нагрузки, L – магнитный коммутатор. Эта блокировочная индуктивность кроме рабочей обмотки с числом витков n имеет в общем случае еще и обмотку смещения с числом витков . Обычно магнитные модуляторы питаются от источника переменного тока[2,3].

Рассмотрим работу схемы сначала в отсутствие тока в

Накопитель заряжается от источника через зарядную блокировочную индуктивность Lз. Так как ток в разрядной цепи в это время отсутствует, напряжение накопителя приложено к рабочей обмотке блокировочной индуктивности L и уравновешивается его ЭДС самоиндукции.

где Ф – магнитный поток в сердечнике L . Из (1.11) следует, что магнитный поток Ф растет одновременно с зарядом накопителя , меняясь по закону

где Ф - начальное значение магнитного потока.

Как только изменяющийся магнитный поток достигает значения Фs, соответствующего насыщению сердечника, индуктивность ИМ резко уменьшается. При этом замыкается цепь разрядки накопителя, и конденсатор н разряжается на нагрузку Rн. Длительности процессов зарядки и разрядки накопителя и амплитуда импульсов напряжения на нагрузке зависят от параметров элементов схемы. Последние могут быть подобраны таким образом, что после разряда конденсатора начинается его заряд током противоположного направления, при этом сердечник перемагничивается в противоположном направлении (рис. 1.11). В установившемся режиме сердечник перемагничивается по симметричной петле гистерезиса, насыщаясь через каждую половину периода колебаний

25

Рис. 1.11. Зависимости напряжений и магнитной индукции в сердечнике магнитного ИМ

Как известно, эквивалентная индуктивность катушки пропорциональна производной магнитной индукции сердечника по току dB/ di. Поэтому при такой аппроксимации индуктивность ненасыщенной катушки стремится к бесконечности, а индуктивность насыщенной катушки тем меньше, чем ближе к горизонтали зависимость В от Н(i) (рис. 1.12, а).

26

Рис. 1.12. Зависимости индукции в сердечнике магнитного ИМ от тока в обмотке при отсутствии тока смещения (а) и при определенном токе смещения (б)

Чтобы получить на нагрузке однополярные импульсы, дроссель L1 подмагничивают постоянным током Ic протекающим в обмотке смещения. В этом случае из закона Ампера

где l – средняя длина магнитной силовой линии в сердечнике дросселя L1.

Из выражения (1.13) получаем

Таким образом, в промежутках между импульсами через рабочую обмотку блокировочной индуктивности

27

протекает ток смещения i1с, обусловленный током подмагничивания. Это означает, что зависимость магнитной индукции В сердечнике этой индуктивности от тока i в рабочей обмотке смещена относительно начала координат на i1c (рис.1.12, б), и следовательно, сердечник перемагничивается по несимметричной петле гистерезиса.

При этом возможен такой режим работы, когда сердечник насыщается только в одном направлении и в нагрузке появляются однополярные импульсы. Накопительная емкость в этом случае заряжается не только током источника е, но и током i1c (рис.1.12, б). Такой ассиметричный режим работы одним циклом насыщения сердечника за период и принимают обычно в магнитных импульсных модуляторах.

В магнитных модуляторах длительность разряда τ накопителя значительно меньше длительности Т3 его заряда. Количественно соотношение между этими параметрами оценивается коэффициентом сжатия

Для получения требуемых на практике коротких импульсов коэффициент сжатия должен быть очень большим (порядки нескольких сотен). Однако исследования показывают, что пропорционально х2 растет объем сердечника коммутирующего дросселя и резко падает КПД модулятора. Поэтому применяют многозвенные магнитные импульсные модуляторы, представляющие собой каскадное соединение рассмотренных ранее схем. При этом коэффициент сжатия равен произведению коэффициентов сжатия отдельных звеньев.

При таком симметричном режиме работы на нагрузке выделяется периодическая последовательность одинаковых по амплитуде и длительности разно полярных импульсов, период которой равен периоду воздействующего сигнала e(t).

Коммутатор работает тем лучше, чем больше его индуктивность в ненасыщенном режиме и чем меньше она в

28

насыщенном режиме. Выполнение этих требований достигается за счет использования режима глубокого насыщения магнитного сердечника и применения магнитных материалов, обладающих узкой петлей гистерезиса и насыщающихся при малых значениях напряженности магнитного поля (например, пермаллои).

Кроме этого будем считать, что характеристика намагничивания материала сердечника магнитным полем с напряженностью Н может быть аппроксимирована ломаной линией, показанной на рис. 1.12, а, что позволяет просто провести анализ схемы.

29

2. ДИСКРЕТНЫЕ ВИДЫ МОДУЛЯЦИИ

Передача дискретной информации так же, как и передача сигналов непрерывных сообщений, основана на управлении амплитудой, частотой или фазой высокочастотных колебаний. Функции модулирующего напряжения при такой передаче претерпевает разрывы. Этот вид модуляции называется манипуляцией (соответственно амплитудной, частотной и фазовой). Первоначально наибольшее распространение получили методы амплитудной радиотелеграфии, которые и теперь широко применяются в радиолиниях небольшой протяженности. На линии дальней радиосвязи в настоящее время преимущественно используются системы с частотной и фазовой манипуляцией в системах многоканальной радиосвязи.

Устройства, непосредственно управляющие амплитудой, частотой или фазой колебаний в передатчике, называют манипулятором. Наиболее удобно осуществлять телеграфную манипуляцию в целях с малыми токами и низкими напряжениями. Поэтому в мощных передатчиках манипуляторы, как правило, воздействуют на цепи каскадов предварительного усиления ВЧ, возбудителя, специальных вспомогательных устройств, схемы которых рассмотрены ниже при анализе конкретных методов манипуляций. При этом важнейшей характеристикой сигнала является скорость передачи В, определяемая в битах в секунду (бит/с) или Бод В, равная числу элементарных посылок ( нулей и единиц) в секунду.

При низких скоростях передачи (телеметрия 0<В < (2…3)*10.3 бит/с сигнал передается по телефонному радиоканалу путем модуляции тональных поднесущих [9,10]

Такой метод передачи используется в диапазонах ВЧ и ОВЧ путем вторичного уплотнения. телефонного канала. Радиотелеграфия широко применяется при низких скоростях телеграфирования в различных системах подвижной связи.

30