Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
24.10.2023
Размер:
11.54 Mб
Скачать

Временное представление второго слагаемого:

______ 1

в-2— 1(е“ “2' — е

(3.7J)

(Р + “і) (/> + “а)

 

2к

Для первого слагаемого

имеем интеграл от (3.71)

_________ I___________^р2- -

1 ( 1— е~ а^

 

Р (Р + аі) + а2) '

2^

V “2

 

Для исследования временной функции при некоторых критических значениях параметров представление ее в форме (3.72) оказывается удобнее (3.71). Поэтому для объединения подобных членов целесообразно придать (3.71) ту же форму, что и (3.72). Простые тождествен­ ные преобразования позволяют получить

І Р + “і) (Р + “=) 2\ L 'а “з ‘ 1 “і

(3.73)

Последнее слагаемое в (3.70) соответствует временной свертке (3.72) и выражения с функцией Бесселя (2.16). Таким образом, выражению (3.70) соответствует времен­ ная функция

,

т

I т + А 1— е ~ 1

т А I е ~

(3.74)

/0 ( )

\ 1+ р

а2

! + В-

“і

1-

с“ “*«'-*)

_ р—*і(7—і)'

 

 

0-2

 

 

 

Г

Полученное выражение

(3.74)

является довольно общим,

так как оно пригодно для описания переходной функ­ ции Чі(і) при произвольных значениях ■параметров т и р. Из этого выражения должны следовать полученные ранее равенства для іц(і) при некоторых частных значе­ ниях параметров: /72 = 1, (.1 = 1 и р —0.

Рассмотрим подробнее, каи<ие значения при этом при­ нимают параметры задачи А, сц.г и насколько быстро удается получить выражения для трех частных случаев:

1) /?2=1; л= р; сц—2р/(рг—1); аг=0.

Подстановка указанных значений и раскрытие простой неопределенности приводят к полученному ранее выра­

жению (3.55) при замене сц на а.

 

2)

|.і = 1; А = /гг + (р2—1)/2/72= /72; ел=>/?//(р—1) +

+ 1/2/72— э-оо;

(3.75)

а2=

/и/ (1 + р)—1 /2/72= (/?2 2—1) /2/72.

 

60

Следует заметить, что в рассматриваемом случае при вы­ числении % (3.69) и 'корней cti, 2 (3.68) надо помнить о правилах .предельного перехода. Соответствующие под­ становки также довольно быстро приводят тс ранее полу­ ченному выражению (3.27) при замене сі2 на а.

3) (J. =

0; Я =

"J/"tri1— 1;

я, =

— Я; а, — Я.

В данном

случае

преобразования оказываются более

продолжительными, поскольку

экспоненту необходимо

заменить

гиперболическими

функциями. Соответствую­

щие вычисления приводят к найденному ранее равенству (2.52) при замене К на а.

Наконец, представляет интерес асимптотическое вы­ ражение для ui(t) при очень малом т— >-0 и очень боль­ шом т— ьоо сопротивлениях нагрузки.

При т— >-0

в выражении (3.74) оставим только .ма­

лые порядка т.

Тогда получим, что характеристические

корни имеют разные знаки, но одинаковые

модули

а, — а, = — а2= 1/Я= l/j/p 2— 1.

(3.76)

Комбинацию из экспонент с показателями сц и az можно выразить через -гиперболические функции, в результате чего получим

(3.77)

При іи— мхэ, прежде чем переходить к составлению асимптотических формул, придадим равенству (3.74) не­ сколько другую форму:

При т— >-оо величины сц, az, X имеют тот же порядок, что и при т— >-0, а обратные нм величины получаются

61

Таблица 3.4

Длительность фронта ИіИиуЛьса и осцилляции на вершине при разных т и р.

 

 

 

 

t

%

/

«. %

*

%

 

 

(Ф -

 

 

т

я

 

 

 

 

 

 

 

 

первый выброс

первая впадина

второй выброс

 

 

 

 

г

3

1,22

2,45

3,62

5,15

1,32

8,25

0,656

 

5

1,92

3,6

0,44

5,7

0,82

8,8

0,38

 

3

0,73

1,65

3,68

4,5

0,89

7,65

0,43

10

5

1,12

2,35

1,9

4,95

0,72

8,05

0,32

 

8

1,72

3,5

0,15

5,45

0,5

8,55

0,26

 

3

0,47

1,3

3,2

4,25

0,6

7,00

0,29

 

5

0,71

1,85

2,11

4,6

0,56

7,7

0,25

 

8

1,09

2,65

0,86

5,05

0,44

8,1

0,208

 

10

1,33

3.2

0,24

5,25

0,38

8,35

0,18

 

3

0,38

1, 1

2,78

4,15

0,5

7,00

0,21

21)

5

0,56

1,55

2,03

4,4

0,44

7,55

0 , 19

8

0,85

2,15

1, 12

4,75

0,41

7,85

0,18

 

 

10

1,04

2,6

0,63

4,95

0,34

8,05

0,16

 

3

0,3

0,95

2,44

3,85

0,38

7,00

0,17

 

5

0,47

1,3

1,89

3,85

0,38

7,0

0,17

 

8

0,67

1,95

0,22

3 , S5

0,38

7,0

0,17

 

10

0,9

2,45

0 , 24* )

3,75

0,38

7,0

0,1

 

3

0,16

0,55

1,49

3,85

0,19

7., 00

0,08

üU

5

0,25

0,8

1,3

3,85

0,19

7,00

0,08

8

0,38

1,15

0,75

3,85

0,19

7,00

0,08

 

 

10

0,45

1,45

0,54

3,85

0,19

7,00

0,08

 

1,0

2,0

3,75

9,2

6,6

4,0

9,5

2,4

 

1,1

2,0

3,8

8,14

6,75

3,3

9,75

2,1

 

1,2

2,1

3,9

6,39

6,9

2,93

0,1

1,3

2

2

4,1

4,81

6,7

2,54

 

1,4

2,3

4,3

3,35

7,1

2,2

 

1.5

2,4

4,5

' 2,03

7,1

1,97

 

1,6

2,5

4,7

0,83

7,0

1,84

 

1,1

1,9

3,7

8,52

6,7

3,31

9,70

2,2

 

1,2

2,0

3,9

6,81

6,9

3,13

 

1,3

2,1

4,0

5,27

7,0

2,68

0,15

1,4

2

2

4,2

3,84

7,0

2,31

 

1,5

2,3

4,3

2,53

7,0

2,04

---

 

1,6

2,4

4,5

1,35

7,0

1,87

 

1,8

2,6

5,0

0,69

6,9

1,81

(32

Продолжение табл. ЗА

 

 

 

 

і

1 в, %

t

1 *. %

t

1

%

т

V-

=4я'І’Іф/т

первый выброс

первая впадина

второй выброс

 

 

 

 

 

1,1

1

,8

3,6

8,86

6,7

3,77

9,65

 

2,3

 

1,2

1,9

3,8

7,2

6,8

3,3

9,9

 

2,2

0,2

1,3

2,0

3,9

5,7

6,9

2,81

10

 

1,83

1,4

2,1

4,1

4,28

6,9

2,41

 

 

1,5

2,2

4,2

3,0

7,0

2,12

 

 

1,6

2,3

4,4

1,83

7,1

1,91

 

 

1,8

2,5

4,8

0,21

6,9

1,77

 

 

 

1,1

1,7

3,5

9,16

6,6

3,99

9,5

 

2,4

 

1,2

1,8

3,7

7,56

6,7

3,42

9,8

 

2,2

 

1,3

1,8

3,8

6,07

6,8

2,92

9,9

 

1,82

п ог;

1,4

2,0

4,0

4,69

7,0

2,49

 

 

1,5

2,1

4,1

3,43

6,9

2,2

 

 

1,6

2,2

4,3

2,27

6,9

1,97

 

 

1,8

2,4

4,69

2,42

6,9

1,75

 

 

2,0

2,7

5,2

1,39

6,9

1,89

 

 

1,1

1,6

3,3

9,89

6,4

4,34

9,6

 

2,65

 

1,2

1,7

3,5

8,39

6,5

3,74

9,7

 

2,22

 

1,3

1,8

. 3.6

7,01

6,6

3,23

9,7

 

1,91

Л л

1,4

1,9

3,7

5,72

6,7

2,79

9,8

 

1,66

 

1,5

2,0

3.9

4,52

6,7

2,44

9.8

 

1,45

 

1.6

2 , 1

4,0

3,42

6,79

2,16 .

9,9

 

1,28

 

1,8

2,2

4,3

1,44

6,8

1,79

 

 

2,0

2,4

4,7

0,22

6,7

1,68

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*) Первый экстремум оказывается ниже

установнвчіегося

значения

амплитуды

импульса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

малыми, не более \/т. Например, если учесть малые до порядка 1/іи2, то получим

1 _Ң.— 1

1 _ ц .+ 1

ü-Ü -^ ■

т

«2

2т2 ) ’

 

р.2 — 1

 

(3.79)

 

2/л2

 

Введя обозначение

 

 

X (т) = /і (т) /т

 

(3.80)

 

 

и преобразуя последний интеграл в (3.78) путем многократного интегрирования по частям, получим

—аzt

Щ(0: 1+ т

Гг) +

63

 

 

лѵ> (0 , . № ) ( ( )

 

+ - Т Х ( / ) - ^ > +

 

- L

e - ^ / x

(0) -

+ ...

а~

I

«J

 

 

\

 

 

 

Ѵ / Х

( 0 - ^ + ^ -

. . . ) +

- Ь - т е_а,і ( Х ф ) + - A- Yr L + —A','I,f L + -.-Yl. (3.81)

Если в последнем выражении оставить члены не выше второго 'порядка малости, т. е. порядка 1/пг2, то с учетом соотношений (3.79) придем к следующему выражению:

(3.82)

+ (р///г) (2 Х (/)-е ~ ^ ),

а3 ~ К (р . + 1)J 11 - (И- + l)/2/«JJ-

(3.83)

Рис. 3.7. Фронт и вершима импульса для т 5 и пі= 10 при двух значениях допол­ нительной индуктивности.

Результаты расчета фронта и вершины импульса (3.78) при различных т и р. сведены

в табл.

3.4.

Кроме

того,

па

рис.

3.7

для

//г= 5;

10

при

ц =

= 3;

5

представлены

трафики,

где

для

удобства

сопостав­

ления

импульсов при

различ­

ных т по оси ординат отложе­ но т(іп + 1)/т.

Из рис. 3.7 и табл. 3.4 вид­

но,

что при малых т неболь­

шое

увеличение

дополнитель­

ной

индуктивности Ьл приво­

дит

к сильному

уменьшению

осцилляции

на

.вершине. На­

пример, при

ли = 0,1 и ц=1,4,

т. е. увеличении

первой индук­

тивности на 20%, первый вы­ брос уменьшается с 9,2% до 3,35%. При больших »? дейст­ вие І д ослабляется, что можно объяснить физически. Из при-

6 4

ближеишого -выражения (3.82)

следует, что при

25

все осцилляции на вершине,

кроме первого выброса,

определяются только входящим в него интегралом, так как экспонента имеет заметное значение только при ма­ лых С соответствующих фронту и первому выбросу. Это означает, что дополнительная индуктивность оказывает

влияние только

на фронт импульса и положение и амп­

литуду

первого

выброса.

Действительно, из табл. 3.4

видим,

что при /п>25

все

колебания,

кроме первого

выброса,

почти

не зависят

от

р. Это можно

объяснить

тем, что

при

1 скорость

изменения

ui(t)

при росте

т сильно

возрастает

только

на фронте,

а дальше она

очень, мала (3.28).

3.6. Зависимость формы импульса от индуктивности и емкости первой ячейки

;В предыдущих параграфах было установлено, что

I

при увеличении

индуктивности первой ячейки

ИЛ вер-

шина

импульса

эффективно сглаживается. Однако при

I

этом

имеет

место большое

затягивание

фронта

глав­

 

ным образом на

уровне

0,9—1,0

стационарного

значе­

 

ния. Оно особенно возрастает,

если требуется сгладить

 

осцилляции до уровня меньше,

чем (1,0-т-0,5) %. Напри-

! мер, из табл. 3.3 видно, что для

р = 3 (первая

индуктив­

 

ность

Li = 0,5L(p + l) =2L)

время

нарастания

импульса

 

1 в интервале

(0—0,9)

составляет

/=3,1, а в интервале

 

(0,9—1,0) « 1

і = 5,6. Таким

 

образом, общее

время нара­

 

стания в интервале

(0—1,0) щ составляет

/=8,7. Отно­

 

сительное время нарастания в долях длительности им­

 

пульса составляет fі/т —8,7/4/г и зависит от числа

ячеек.

 

Следовательно,

для

уменьшения

длительности

фронта

 

импульса следует увеличивать число ячеек п. Однако в

 

некоторых случаях увеличение п нежелательно, напри­

 

мер, с точки зрения уменьшения габаритов модулятора.

 

Поэтому необходимо рассмотреть другие -способы сгла­

 

живания вершины импульса при небольшом затягива­

 

нии его фронта.

 

 

выше, увеличение иидуктивно-

 

Как уже отмечалось

-сти первой ячейки ИЛ -сглаживает осцилляции на вер­ шине импульса. Можно предположить, что аналогичный результат можно получить при увеличении емкости пер­ вой ячейки. При этом будем рассматривать формирова­ ние только фронта и вершины импульса по причинам,

5—293

65

изложенным в предыдущих разделах. Дополнительно к обозначениям, введенным в § 3.1, 'введем фактор ѵдля оценки дополнительной емкости Сд, ѵ = 2Сд/С. Таким образом, емкость первой ячейки Сі= (1+ѵ) С/2, а индук­ тивность Д = (1+ j.i)L/2. При V= |.і= 1 имеем однородную цепочечную ИЛ, которая составлена из Т-образных звеньев фильтра інижних частот без потерь.

Составим операционное выражение для фронта и вершины импульса при /п=1 и произвольных значениях ѵ=^'1 и ц=?М. В данном случае вместо (3.4) получим

(Р) =

1 +

.

'

Ѵ ^ г т =5Г Е (Р)• (3-84)

 

(1 + ц)

Р + 1/(ѵр + V 1 + р 2)

После соответствующих

преобразований и

замены

Е (р) = 1 , 'получим

 

 

 

 

«. (р) = (Р) -

{Ѵ\ +

Г - Р)Ѵр" В (р),

(3.85)

где

А (р) = а0р 3+ йір 2+ а2р + а3\

 

 

 

 

В( р )

= Ь 0р 3 + Ьір2 + Ь2р + Ьз.

(3.86)

 

 

 

 

 

Коэффициенты этих полиномов выражаются через пара­ метры V и ц следующим образом:

я„ =

( 1 - ѵ ) 2(1+н0;

6. =

( l - v s) ( l+ n ) s;

<2, =

1 — v“;

6, =

2(1 — v2) ( l + j j . ) ;

я2 =

р- — ѵ;

Ь3 =

ц2—V2 4-2(1—ѵ)(1+|а);

a 3= 1;

6, = 2 3+ .1).

 

 

 

(3.87)

Для составления временной функции учтем помимо по­ люса второй кратности в нуле полюсы, соответствую­ щие корням полинома В(р)= 0. Обозначим эти корни (—аі), (—аг), (—аз) и представим В(р) в виде произ­ ведения простых сомножителей:

В {р) = Ь 0(р + а і) + а2) (р + а з ) .

(3 .8 8 )

Для отыскания этих корней следует решить уравнение третьей степени

Ь0р3+Ьір2+Ьір + Ьз=0.

(3.89)

06

Для сокращения последующих записей введем обозна­ чение для разложения обратного полинома ІІВ(р) на простые дроби:

з

 

 

В ( р )

В _ к (— а „ ) ( р + a ,J

(3.90)

 

 

 

Здесь символ В_л(—ал) есть

значение полинома

(3.88)

с изъятием

множителя, соответствующего корню

ал, на

. это указывает индекс «—/г».

При

составлении времен­

ной функции следует принять

во

внимание следующие

операционные соответствия:

 

 

 

1

—а, t

;

I

1— е — а.k/

 

р +

■е

Р [Р + а к)

 

 

 

“ л

 

 

 

 

 

Р 2ІР + а іі)

1

 

t -

 

 

(3.91)

а л

 

 

 

 

 

Р

 

 

- а , *

 

р--*~ .

 

- — аке

V -j-8(7); ]/1 +

 

Р +

 

 

 

 

 

 

Учитывая перечисленные операционные соответствия и применяя свертку во временной области, получим сле­ дующее выражение для .временной функции, описываю­

щей фронт и вершину импульса:

з

(t) =

£

{ а°

а,і) е _ Ѵ + fl-e _ V +

 

А=1

 

/

,

—а, f

 

+ а-?■

 

 

1 “л у

 

л.

/

 

 

 

f

1

/—*1—1—S

М-*)

 

 

(3.92)

 

 

 

 

 

 

В этом решении отсутствует 6-функция, хотя в одном из операционных -соответствий (3.91) она .присутствует. Это объясняется тем, что имеет место тождество

S [ l / 5 _ ft( - a ft) ] = 0 .

(3.93)

л=і

Результаты расчетов фронта и вершины импульса по формуле (3.92) при различных значениях ѵ и р сведены

5 *

67

Таблица 3.3

Длительность фронта й осцилляции на вершине импульс а на согласованной нагрузке при разных значениях ѵ и н-

 

 

 

 

 

 

і

*. %

t

*. %

 

= . %

 

V

И-

 

 

 

 

 

первая впа­

второй выброс

 

 

 

0-0,91/,

0—1,0и,

первый выброс

 

 

 

дина

 

 

1.5

1,75

2,5

3,29

8,31

6,39

2,52

9,19

1,08

 

 

1,7

2.0

2,65

3,39

6,59

6,49

1,97

9,19

0,67

 

 

2,0

2,1

3,2

3,79

4,31

6,69

1,35

8,99

0,19

1.1

2,2

2,6

3,3

3,99

3,0

6,89

1,07

8,89

0,05

 

 

2,4

2,7

3,7

4,29

1,83

6,89

0,88

_

 

 

2,5

3,0

4,1

4,39

1,3

6,89

0,82

8,59

0,27

 

 

2,0

3,2

4,2

4,59

0,81

6.89

0,78

8,59

0,33

 

 

1,5

1,75

2,25

3,29

9,63

6,59

2,05

9,60

0,99

 

 

1,7

1,85

2,4

3,49

7,88

6,79

1,49

9,7

0,77

 

 

2,0

2,1

2,7

3,79

5,57

7,099

0,88

9,7

0,54

1.2

2,2

2

2

3,25

4,09

4,23

7,19

0,57

9,8

0,45

2,4

2,7

3,65

4,29

3,05

7,29

0,35

9,7

0,39

 

 

2,5

2,8

3,9

4,49

2,5

7,39

0,27

9,7

0,36

 

 

2,0

2,9

4,2

4 ,59

2,0

7,39

0,2

9,7

0,35

 

 

2,7

3,0

4,4

4,89

1,09

7,39

0,13

9,7

0,032

 

 

3,0

3,2

4,5

5,4

0,33

7,199

0,14

9,6

0,3

 

 

1,5

I ,9

2,4

3,29

10,25

6,79

1,84

9,70

0,85

 

 

1,7

2,0

2,55

3,49

8,49

6,99

1,29

9,8

0,64

 

 

2,0

2,1

2,75

3,89

0,17

7,29

0,68

9,8

0,45

 

 

2,2

2,35

3, 1

4,09

4,84

7,49

0,38

9,8

0,39

1

05

2,4

2,55

3,4

4,29

3,04

7,59

0, 14

9,8

0,35

 

 

2,5

2,8

3,7

4,49

3,09

7,69

0,06

9,8

0,34

 

 

2,6

2,9

3,9

4,59

2,58

7,69

0,016

9,7

0,34

 

 

2,8

2,9

4,1

4,99

1,65

7,79

0,11

9,7

0,34

 

 

3,0

3,0

4,0

5,29

0,86

7,69

0,14

9,6

0,34

 

 

3,2

3,3

5,9

5,89

0,24

7,29

0,08

9,6

0,33

 

 

2,0

2,

і

2,55

3,89

6,78

7,49

0,51

9,9

0,36

 

 

2 2

2,25

3,0

4,09

5,43

7,69

0,21

10,0

0,31

 

 

2,4

2,4

3,25

4,29

4,21

7,89

0,02

9,8

0,30

1,3

2,5

2,4

3,4

4,49

3, (J7

7,99

о , п

9,7

0,31

2,6

2,6

3,0

4,69

3,14

8,09

0,19

9,6

0,32

 

 

2,8

2,75

4,0

4,99

2,21

8,19

0,29

9,5

0,35

 

 

3.0

2,9

4,4

5,29

1,39

8,29

0,36

9,29

0,38

 

 

3,2

3,15

4,9

5,79

0,73

7,99

0,36

9,29

0,39

 

 

3,4

3,35

8,0

0,79

0,25

7,099

0,25

9,4

0,39

6 S

Рис. 3.8. Фронт и вершина импульса па согласованной нагрузке

(/п~1)

при нескольких значениях первой индуктивности

£[ =

= (l + p)L/2,

увеличенной первой емкости ИЛ С!=(1+ѵ)С/2

и:

о) V = 1,1;

б)

ѵ=1,2; о) ѵ=1,3.

 

ß табл. 3.5. Для некоторых значений ѵ и ц .представлены графики на рис. 3.8.

Из рисунков и таблицы видно, что небольшое увели­ чение ■С1 при одновременном увеличении Ly позволяет эффективно корректировать иміпульс. Например, при ѵ=1,1, т. е. увеличении Су всего на 5%, и ц = 2,6 осцил­ ляции на вершине меньше 0,81% при времени нараста­ ния напряжения от 0 до стационарного значения и, = 1

69

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ