книги из ГПНТБ / Евтянов С.И. Импульсные модуляторы с искусственной линией

■Фронт импульса и осцилляции на вершине при разных

вольтамперных характеристиках нелинейной нагрузки

И /?0 = р, р. = 1

противление вольтамперпоп характеристики в начале координат т и локальное сопротивление т\ относитель­ но статического сопротивления в рабочей точке т0. Обычно эти сопротивления известны.

При расчетах табл. 8.1 взят случай согласования статистического сопротивления R0 с характеристикой ячейки р, т. е. то—Rai9=1- Для сопоставления в конце таблицы приведен расчет фронта и вершины импульса на линейной нагрузке (т^т0= т/іПо= 1). Из таблицы видно, что для нагрузок с одинаковыми значениями /Пі/т0=0,1 и разными т / т 0= 15ч-1,1 амплитуда осцил-

180

ляции на вершине импульса изменяется незначительно: например, амплитуда первого выброса изменяется от 0,93

с намеренным изменением хода вольтамперной харак­ теристики в рабочей точке для коррекции импульса. При изменении же т/іщ от 15 до 2 осцилляции изменяются от 0,93 всего до 1,02%, т. е. незначительно.

Аналогичные утверждения можно отмести, как это видно из табл. 8.1, и к другим значениям тфщ, т. е. осцилляции при этом мало изменяются с изменением т/т0. Например, для тфщ = 2 и m/mo=0,9-r-0,l ампли­ туда первого выброса изменяется от 20,6 до 22,8%. Та­ ким образом, можно сделать вывод, что на осцилляции на вершине импульса в основном влияет изменение вели­ чины ГПі.

8.2. Вольтамперная характеристика с отсечкой

Можно показать, что (8.17), являющееся решением

с осью абсцисс. Для краткости назовем такую характе­ ристику вольтамперной характеристикой с отсечкой. При

ную нагрузку можно рассматривать как линейную, если перенести начало координат вольтамперной характери­ стики в точку і —0, и —Еі (рис. 8.5). Выражение (8.21) можно также получить непосредственно из рисунка. Если R— >-оо, то напряжение на нагрузке будет определяться выражением (8.21). Вторая компонента в этом выраже­ нии представляет известное из предыдущих глав (2, 3, 4) выражение для напряжения на линейной нагрузке при

181

при/?— нэо. Из (8.21) видно, что осцилляции обусловлены только второй компонентой и их относительное значение определяется равенством

выпазить через отношение сопротивлений RiiRo {тфщ)\

182

:—Я), т. е. когда первая ветвь вольтамперной характёріістики совпадает с осью ординат. Иначе говоря, речьидет о вольтамперной характеристике >с отсечкой. Позже мы покажем, что (8.25) с небольшим приближением верно и для других Больтампериых характеристик, когда их первые ветви не совпадают с осями координат, т. е. ког­ да отсечки мет. В этом случае для нахождения ампли­ туды осцилляции тіа вершине можно воспользоваться данными расчета для линейной нагрузки в табл. 3.4.

Формулу (8.25) можно также легко получить и из гео­ метрических построений импульса, как показано на рис. 8.5. Из рис. 8.5,а видно, что на нагрузке магнетрон­ ного типа напряжение скачком достигает уровня Е\ при т / т о— >-оо, а затем нарастает в соответствии с линейной нагрузкой т-i. Осцилляции на вершине, определяемые нагрузкой Ш{, теперь относятся ко всему напряжению и,по, поэтому они уменьшаются. На нагрузке пентодного типа (рис. 8.5,6) нарастание напряжения сначала задер­ живается на время t0>а затем быстро увеличивается, так как ті>т0. Здесь уже осцилляции, определяемые на­ грузкой піі>т0, относятся не ко всему напряжению ит1, а только к части его, к ито, поэтому они возрастают.

с увеличением //іо осцилляции возрастают. Так же как при линей­ ной нагрузке, экстремум наблюдается в области пц« 1 (табл. 3.1).

табл. 3.4 имеем Дг;/«о= 1,27%.

Из этих примеров видно, что на нелинейной нагрузке магнетрон­ ного типа іпі1та< .\ осцилляции на вершине сильно сглаживаются. Как известно из § 3.4, при |і= 1 осцилляции на линейной нагрузке при изменении т от 1 до 0 изменяются от 42,3 до 9,2%. В приве­

примеров видно также, что на нелинейной нагрузке магнетронного типа небольшое увеличение первой индуктивности Lі эффективно

183

впадины и следующие выбросы. С ростом пн/пи осцилляции быстро увеличиваются, но если при этом увеличивать также /л0> 1, т. е., например, работать от модулятора с ИЛ, где в качестве коммути­ рующего элемента применена вакуумная лампа или транзистор, то Аи/ито— *-0, так как осцилляции на лишенной нагрузке при больших т примерно пропорциональны 1/ш, что видно из табл. 3.1. Дейст­

можно предсказать форму напряжения на нелинейной нагрузке. Это важно потому, что не всегда можно учесть все паразитные парамет­ ры нагрузки и импульсного трансформатора. Зная же форму им­ пульса па какой-бы то ни было сложной линейной нагрузке, можно определить форму импульса на реальной (нелинейной) нагрузке, если известна ее вольтамперпая характеристика или хотя бы ло­ кальное сопротивление R і.

Несмотря тіа то что (8.25) получена для частного случая нелинейной нагрузки (характеристика с отсеч­ кой), она дает небольшую погрешность при расчете им­ пульса 'без отсечки характеристики. Б этом легко убе­ диться при анализе табл. 8.1, где представлены резуль­

импульса. Рассмотрим медленные изменения напряже­ ния на вершине, обусловленные током намагничивания импульсного трансформатора (гл. 4) и потерями в ка­ тушках ИЛ (гл. 6). Было установлено, что при линейной нагрузке спад вершины импульса определяется соответ­ ственно выражениями (4.79) и (6.36). Тогда для опре­ деления спада вершины импульса на нелинейной нагруз­ ке следует в (8.25) подставить вместо отношения выражения (4.79) и (6.36), имея в виду іщ вместо т. Так мы поступаем потому, что медленный спад-вершины характеризуется либо полным напряжением (ток намаг­ ничивания ИТ), либо полным током (сопротивления по­

184

терь в индуктивностях. ИЛ) нелинейной 'нагрузки. Для определения спада вершины импульса, вызванного ин­ дуктивностью ИТ La, .шунтирующей нагрузку, и сопро­ тивлением потерь г Е каждой из п ячеек ИЛ получим следующие выражения

Приведем примеры расчета. Если на линейной на­ грузке R = Ro= p спад вершины импульса, вызванной LH,

Дц/«т0= 0,6К%.

У некоторых СВЧ приборов (магнетрон, амллитрон) стабильность работы определяется стабильностью тока в нагрузке, поэтому напишем формулу для колебаний тока в нелинейной нагрузке. Изменения тока и напря­ жения на нелинейной нагрузке, как легко показать, свя­ заны следующим соотношением:

т. е. относительные колебания тока на нелинейной на­ грузке с trii/mo равны колебаниям тока на линейной на­ грузке, равной іщ.

Мы закончили исследование переходного процесса в импульсном модуляторе с нелинейной нагрузкой. Те­ перь проведем синтез схем нелинейной нагрузки с кусоч­ но-линейной вольтамперной характеристикой. Имитация нелинейной нагрузки необходима для исследования и настройки импульсного модулятора при низком уровне напряжения.

8.3. Синтез схем, имитирующих нелинейную нагрузку с кусочно-линейными вольтамперными характеристиками

Уравнение кусочио-лииейной вольтамперной характеристики (8.1) позволяет синтезировать схемы, обладающие такой характери­ стикой.

185

Положим, 'Мы хотим получить нагрузку с характеристикой, кото­ рая описывается следующими равенствами:

Этому уравнению соответствует схема, показанная на рис. 8.7, когда ключ К разомкнут. Однако, когда диод заперт, эта схема дасті=0 вместо того значения тока, которое следует из уравнения (8.30). Чтобы получить схему с заданной характеристикой, надо замкнуть ключ К, чтобы включить некоторое сопротивление, величина которо-

го должна быть такой, чтобы суммарное сопротивление схемы было равно R, т. е.

Рассмотренные здесь схемы можно реализовать при і?і > 0,. а это означает, что крутизна характеристики і(и) в области и > Е і, т. е. за точкой перелома, возрастает. Иначе говоря, это соответствует нагрузке магнетронного типа. Если надо получить характеристику пентодиого типа, т. е. чтобы за точкой перелома и>Еі крутизна уменьшилась, тогда потребуется отрицательное сопротивление R і<0. Такие схемы можно синтезировать при помощи комбинаціи: положи­ тельных сопротивлений и диода, работающего в режиме, дуальном

!§§

режиму в bxè.wäx на рис. 8.6 и 8.7. Чтобы синтезировать этіі йхёМЫ,

18?

£—fe£i/(g+£i)].

Схема на рис. 8.11 неудобна для реализации, так как содержит

жения с большим внутренним сопротивлением, что, в свою очередь, приводит к большой мощности генератора.

нагрузки. Но чаще требуется конструировать нелинейную нагрузку для заданного сопротивления постоянному току Ra—niap в рабочей точке при известном сопротивлении первой ветви характеристики

188

Определим напряжение £t, приравняв (8.20) іі (8.24):

, , _______ 1 — ( m j m a)_______ т0

В. (8.40) и( 8.41), как и в других местах можно было бы произвести упрощения, ио мы этого не делаем потому, что обычно обе ветви

вольтамперной характеристики задаются сопротивлениями п начале координат и в рабочей точке, отнесенными к статическому сопротив­ лению-

Определим сопротивления для схемы на рис. 8.42, эквивалент­ ной схеме на рис. 8.7. Напряжение £,2= £'і/(1 +Ri/R) легко опреде­

лить после подстановки значения R и Rі из (8.40). >В результате получаем

Определим элементы схемы на рис. 8.13, эквивалентной схеме пеитодной нагрузки на рис. 8.10:

Определение параметров схемы эквивалентной нелинейной на­ грузки поясняется на рис. 8.14, где представлены в нормированных

189