книги из ГПНТБ / Медников, В. А. Высоковольтные модулированные униполярные генераторы

связи параллельно резисторам делителя i?26, Rw поставлены кон­ денсаторы Ci3, СД,

Непосредственное присоединение транзисторной схемы сравне­ ния к высоковольтному делителю источника высокого напряжения с замкнутой системой автоматического регулирования выходного напряжения нецелесообразно. Поэтому с резистора i?27 напряже­ ние обратной связи подается на схему сравнения, выполненную на лампе Л\ и транзисторах Т9, Ti2. . .

Лампа Л\ является катодным повторителем и улучшает ста­ бильность работы транзистора Т\% уменьшая при этом ток, потреб­ ляемый схемой обратной связи, и, повышая коэффициент полез­ ного действия источника высокого напряжения. В цепь эмиттера кремниевого транзистора Тi2 подается опорное постоянное напря­ жение, которое сравнивается с напряжением, подаваемым с высо­ ковольтного делителя, и затем поступает на вход управляемого де­ лителя, собранного на транзисторе Т9 и резисторе Ris-

В зависимости от величины рассогласования между выходным высоковольтным и опорным напряжением изменяется соответст­

в) Мощный высоковольтный источник на транзисторах. Тра зисторные высоковольтные источники питания и другие описан­ ные в [15, 16, 17], маломощны. Однако иногда бывает необходимо иметь достаточно мощный переносный источник, который должен работать от сети переменного тока или от батарей. В описывае­ мом высоковольтном источнике питания для увеличения выходной мощности применено параллельное соединение предварительно подобранных транзисторов [18].

Схема, представленная на рис. 1.14, позволяет получить вы­ ходное напряжение до 50 кв с точностью 0,1% при токе в нагрузке до 5 ма и мощности в 250 вт.

Задающий генератор выполнен по трехточечной емкостной схе­ ме на транзисторе 7Y Для устранения влияния последующих кас­ кадов на стабильность работы задающего генератора применен эмиттерный повторитель Т2. Тг — усилитель напряжения сигнала за­ дающего генератора. Уровень напряжения регулируется перемен­ ным резистором Rs. Противофазное возбуждение предоконечного усилителя мощности Т5, Т5 обеспечивает фазоинвертор Т4. Связь

30

предоконечного каскада с выходным мощным усилителем выпол­ нена при помощи согласующего трансформатора Тр1. В каждом плече выходного каскада работают по 2 мощных транзистора, включенных в параллель; это увеличивает надежность работы вы­ ходного усилителя, так как ток коллектора любого из транзисторов не превышает 0,7 Imax- Подбор транзисторов производится по кру­ тизне переходной характеристики с допустимым различием не бо­ лее 5%. Кремниевые стабилитроны Д 2 и Д3 служат для предот­ вращения пробоя транзисторов при переключении и коротких за­ мыканиях в нагрузке.

32

Для модуляции используется переменное напряжение частоты 15 кгц, вырабатываемое генератором Тп. Каскад, собранный на Т16, преобразует сигнал рассогласования в переменное напряже­ ние. Этот сигнал используется в качестве несущей частоты, усили­

дается на входы мощных транзисторов Тц-±-Т\з, параллельно со­ единенных между собой, для облегчения теплового режима. Тран­ зисторы включены последовательно с нагрузкой. Таким образом, любое отклонение постоянного выходного напряжения от задан­ ного усиливается и управляет падением напряжения на мощных транзисторах Tn-f-T13, что, в свою очередь,'изменяет напряжение питания оконечного усилителя мощности и, следовательно, пере­ менное напряжение на высоковольтном трансформаторе.

За исключением трансформаторов, в приборе использованы стандартные детали промышленного изготовления. Постоянные со­ противления могут быть любого типа, электролитические конден­ саторы должны быть на рабочее напряжение не менее 30 в, кон­ денсаторы C13-j-Ci7 на рабочее напряжение 30 кв, КОБ-3.

Данные трансформаторов и катушек индуктивности приведены в таблице 2.

Источником питания служат сеть 220 в 50 гц или аккумуляторы

27 в.

Внешний вид переносного высоковольтного источника со стаби­ лизатором напряжения показан на рис. 1.15.

Для получения высокого напряжения разработан целый ряд схем высоковольтных источников [19—23].

2* 35

Глава вторая

СПОСОБЫ МОДУЛЯЦИИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ, ИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Прежде чем установить наиболее целесообразный способ мо­ дуляции, необходимо определить, каким требованиям должно удовлетворять модулирующее устройство. Эти требования дикту­ ются многообразием статических и динамических параметров на­ грузок, поэтому модулирующие устройства должны обладать ши­ рокой универ'сальностью применения, малыми габаритами и весом, возможностью варьировать формой выходного напряжения от мед­ ленно меняющегося до импульсного. К тому же они должны при высокой экономичности обеспечить эффективное управление как статическими, так и динамическими параметрами выходного на­ пряжения.

В радиотехнике находят применение импульсные высоковольт­ ные источники, обладающие достаточно хорошими энергетическими характеристиками, однако напряжение таких генераторов имеет прямоугольную форму, с длительностью импульсов не более 100 мксек. Регулировка амплитуды импульсов производится вруч­ ную, что часто затрудняет проведение экспериментов [27] [25].

Для получения высоковольтных импульсов сложной формы иногда применяют несколько синхронизированных между собой импульсных генераторов, однако этот способ громоздок и практи­ чески трудно осуществим.

Внастоящее время для получения высоковольтных импульсов

вкачестве переключателей используются синхронизированные вращающиеся -искровые промежутки [26]. Невозможность раз­ дельно регулировать скважность и длительность импульсов, а

также трудность получения формы импульсов, отличной от пря­ моугольной, является большим недостатком этого способа. Кроме того, способ обладает малой надежностью и низким быстродей­ ствием.

Генераторы высоковольтных импульсов на вакуумных и газоза­ рядных лампах с формирующей линией позволяет в широких пре­ делах менять длительность импульсов, но имеет относительно небольшую частоту повторения. Применение линий задержки при­ водит к плохому согласованию ее с переменкой нагрузкой, что

36

сильно искажает форму выходных импульсов. Генератор высоко­ вольтных импульсов на вакуумных и газоразрядных лампах с' трансформаторной связью между каскадами позволяет получить импульсы только неизменной длительности, но дает возможность

ких отрицательных обратных связей, улучшающих стабильность выходных параметров, а вольтамперная характеристика нагрузки может быть нелинейна, изменение сопротивления нагрузки сказы­ вается на форме импульсов. Все это ограничивает применение по­ добных генераторов.

Существует и другой класс модуляторных устройств, в кото­ рых регулирующий элемент все время находится под воздействи­ ем управляющего сигнала. Выбор того или иного способа модуля­ ции этого класса невозможен без детального анализа энергетиче­ ских соотношений и возможностей каждого способа.

При существующем многообразии способов модуляции возни­ кает необходимость в выборе оптимального с точки зрения эконо­ мичности, быстродействия, безопасности и надежности. Разберем более подробно эти способы, а в качестве критерия выберем за­ висимость к. п. д. регулятора (г)м) от степени регулирования К, по­ следняя определяется следующим образом:

(2- 1)

§ 1. МОДУЛЯТОР С РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ, ВКЛЮЧЕННЫМ ПОСЛЕ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО С НАГРУЗКОЙ )рис. 2, 1а.).

Для упрощения анализа будем считать, что U0 постоянно и не зависит от тока нагрузки, это равносильно условию

В этом случае т]м можно представить в виде

Полезная мощность в нагрузке будет определена

Полная мощность, потребляемая от источника,

(2 -4)

37

Из схемы на рис. 2.1 а видно, что при R y = О напряжение на нагрузке максимально и равно

/ 4 = 0

(2 -5)

Тогда выражение (2—2) с уче­ том (2—3), (2—4), (2—5) мож­ но представить в виде

буквой «а». Необходимо отме­ тить, что для более правильного выбора способа модуляции следу­

ет рассматривать модулирующие устройства совместно с преобра­

Как можно видеть из (2—7), значение полного к. п. д. импульсного источника зависит от способа получения высокого напряжения.

На рис. 2.3' кривая «ai» построена для способа получения вы­ сокого напряжения с к. п. д. преобразования rini = 0,9 кривая

«а2» — для Т]п2—0,78;

кривая «а3» — для т)п3=0,5.

Немаловажное значение имеет и то, в каких пределах и каким образом должно меняться Ry в зависимости от необходимого вы­ ходного напряжения, иначе Ry— f(K).

Учитывая условие (2—5), определяем

Из (2—8) видим, что широкий диапазон регулирования может быть получен значительным изменением величины регулирующего сопротивления (рис. 2.4 кривая «а»).

39