Импульсный модулятор с полным разрядом: 6.4. Схемы импульсных модуляторов. 6. Импульсная работа радиопередатчиков. Устройства генерирования и формирования радиосигналов. Учебное пособие

Содержание

6. Импульсная работа радиопередатчиков. Устройства генерирования и формирования радиосигналов. Учебное пособие

6.1. Особенности работы радиопередатчиков короткими импульсами

6.2. Импульсная модуляция

6.3. Общие принципы работы импульсных модуляторов

6.3.1. Требования к импульсным модуляторам

6.3.2. Принципы генерирования мощных модулирующих импульсов

6.3.3. Коммутирующие устройства

6.3.3.1. Коммутирующие устройства на электронных лампах

6.3.3.2. Коммутирующие устройства на газоразрядных приборах

6.3.3.3. Коммутирующие устройства на тиристорах

6.3.4. Накопители энергии

6.3.4.1. Применение конденсатора в качестве ёмкостного накопителя энергии

6.3.4.2.Линии с распределенными постоянными и искусственные линии как емкостные накопители энергии

6.4. Схемы импульсных модуляторов

6.4.1. Модуляторы с частичным разрядом накопительного конденсатора

6.4.1.1. Схема модулятора с шунтирующим нагрузку активным сопротивлением

6.4.1.2. Схема модулятора с шунтирующими нагрузку дросселем и диодом

6.4.1.3. Подмодулятор

6.4.2. Модуляторы с полным разрядом искусственной линии

6.4.2.1. Колебательный заряд линии от источника постоянного тока

6.4.2.2. Схема модулятора с зарядным диодом

6.1. Особенности работы радиопередатчиков короткими импульсами

Рис. 6.1

В ряде областей радиотехники — в радиолокации, радионавигации, радиорелейной связи и др. — применяют импульсные методы передачи, при которых радиопередатчик работает в течение весьма коротких промежутков времени, разделенных длительными паузами. Наиболее широко используют радиоимпульсы с огибающей, форма которой приближается к прямоугольной. Последовательность таких импульсов, показанная на рис.6.1, характеризуется следующими основными параметрами: частотой высокочастотных колебаний f, длительностью импульса t, частотой повторения импульсов F (или периодом повторения Т) и амплитудой импульсов I. Большое значение для характеристики импульсного режима имеет также скважность q, которая при Т>>t равна:

Как известно, полоса частот, принимаемая за ширину спектра прямоугольного импульса, тем шире, чем короче импульс. Для хорошего воспроизведения прямоугольной огибающей радиоимпульса колебательные контуры радиопередатчика должны пропускать без искажений полосу частот . Например, при длительности импульса t=1 мкс полоса пропускания контуров должна быть не менее 2 МГц. Таким образом, импульсные радиопередатчики могут работать только в диапазоне УКВ. Последнее связано ещё и с тем, что на более длинных волнах через цепь, содержащую колебательные контуры, невозможно передать без искажений короткий импульс прямоугольной формы. Анализ переходных процессов показывает, что колебания в контуре можно считать установившимися за число периодов высокой частоты T_вч, приблизительно равное добротности контура Q, т.е. t_уст = QT_вч =Q/f. Так, при Q = 100 и f = 1МГц время установления t_уст = 100 мкс, а при f=100МГц — 1 мкс. На рис.6.2 в качестве примера показан ток в контуре с добротностью Q = 100 при воздействии на него импульсной ЭДС с t < 100 мкс и f =2 МГц. Из рисунка видно, что в этом случае форма огибающей импульса высокочастотного тока очень далека от прямоугольной.

Рис. 6.2

При широкой полосе пропускания колебательных контуров требования к стабильности частоты передатчика могут быть снижены. Из опыта известно, что без принятия специальных мер нестабильность частоты автогенераторов УКВ оказывается порядка 10^-3. Это позволяет строить передатчики радиолокационных и ряда радионавигационных систем, импульсных радиомаяков и др. по однокаскадной схеме, осуществляя модуляцию непосредственно в автогенераторе. Для генерирования метровых и дециметровых волн используются специальные импульсные генераторные лампы, а для генерирования сантиметровых волн — импульсные магнетроны и клистроны.

При импульсной работе радиопередатчиков различают мощность в импульсе Р_~и, то есть мощность, развиваемую во время импульса, и среднюю за период следования импульсов мощность Р_~ср, которая при строго прямоугольной форме импульсов равна:

При скважности порядка сотен иди тысяч единиц средняя мощность в сотни или тысячи раз меньше мощности в импульсе. Поэтому импульсные передатчики, работающие с большой скважностью, характеризуются очень большими мощностями в импульсе — от единиц до тысяч киловатт — и в то же время сравнительно небольшой средней мощностью — от единиц ватт до единиц киловатт. Это обстоятельство накладывает резкий отпечаток на условия работы и конструкцию импульсных передатчиков большой мощности. Малая средняя мощность позволяет применять сравнительно маломощные и малогабаритные источники питания, а также рассчитывать передатчик на малые мощности прогрева деталей и, в частности, на малые средние мощности, рассеиваемые на электродах ламп. Последнее наводит на мысль о возможности форсированного использования генераторной лампы за счёт повышения анодного напряжения и увеличения тока эмиссии.

Предельное анодное напряжение генераторной лампы зависит от её диэлектрической прочности и определяется главным образом состоянием вакуума. Довольно значительное увеличение анодного напряжения во время короткого импульса (в 5 — 10 раз) не создает опасности электрического пробоя.

Форсирование режима лампы по току возможно у многих современных ламп вследствие значительного недоиспользования их по эмиссии. При работе очень короткими импульсами (t<(10¸15)мкс) наиболее выгодно использовать лампы с оксидными катодами. При небольшой мощности, затрачиваемой в катодной цепи, импульсная эмиссия оксидных катодов в десятки раз больше, чем в непрерывном режиме (плотность тока катода в импульсном режиме достигает 100-150 А/см², а в непрерывном — единиц А/см^{2 )}. Однако при работе более длительными импульсами происходит «отравление» катода, и его эмиссионная способность резко снижается. Другим недостатком оксидных катодов является появление катодного искрения при высоких анодных напряжениях. Для работы с импульсами, длительность которых превышает 15мкс, применяются более стойкие катоды из торированного вольфрама и др., устойчиво работающие при высоком анодном напряжении.

Благодаря большим напряжениям между электродами, скорость движения электронов в лампе, работающей в импульсном режиме, гораздо больше, чем в непрерывном. Поэтому эффект инерции электронов в импульсном режиме сказывается слабее, и минимальная длина волны автогенератора, работающего в импульсном режиме, оказывается короче, чем в режиме непрерывной работы.

К недостаткам импульсных режимов работы передатчиков следует отнести увеличение потерь в диэлектриках, которые пропорциональны квадрату амплитуды напряжения, а также конструктивные трудности, связанные с повышением требований к изоляции.

6.2. Импульсная модуляция

При непрерывных методах передачи за основу берут гармонические колебания вида

и затем в соответствии с передаваемым сигналом изменяют тот или иной параметр этих колебаний — амплитуду, фазу или частоту. Такой вид модуляции получил название одноступенчатого. При импульсных методах передачи применяют как одноступенчатую, так и двухступенчатую импульсную модуляцию.

В радиотелефонных импульсных передатчиках, задачей которых является передача звуковых сигналов, применяется двухступенчатая модуляция. Сначала формируют колебания, представляющие собой последовательность радиоимпульсов одинаковой амплитуды, длительности и постоянной скважности. Такие радиоимпульсы можно рассматривать как высокочастотные колебания, модулированные по амплитуде импульсным напряжением. Однако, эти высокочастотные колебания ещё не содержат информации, это — первая ступень импульсной модуляции. Для передачи звукового сигнала осуществляется дополнительная модуляция — вторая ступень импульсной модуляции. В радиотелефонных импульсных передатчиках используются две группы методов импульсной модуляции.

К первой группе относятся методы, при которых низкочастотным сигналом воздействуют на какой-либо параметр высокочастотных колебаний внутри импульсов — на амплитуду (амплитудно-импульсная модуляция — АИМ), или на частоту (высокочастотная импульсная модуляция — ВЧИМ).

Ко второй группе относятся методы, при которых в соответствии с передаваемым сигналом изменяются параметры самих импульсов — их длительность (импульсная модуляция по длительности ДИМ , или ШИМ), фаза следования ( импульсно — фазовая модуляция — ФИМ), частота следования (импульсно-частотная модуляция — ЧИМ).

При амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) высота импульсов изменяется в соответствии с передаваемым сигналом низкой частоты. Приём таких радиоимпульсов должен производиться без амплитудного ограничителя, вследствие чего он оказывается слабо защищенным от помех. В связи с этим предпочтение отдается таким видам импульсной передачи, при которых высота импульсов не меняется. Наибольшее применение получила импульсно-фазовая модуляция, более помехоустойчивая, чем модуляция по длительности.

Повышенной помехоустойчивостью обладает так называемая импульсно-кодовая модуляция (ИКМ), при которой передаваемый низкочастотный сигнал квантуется по времени и по уровню (рис.6.3а).Для передачи сигнала достаточно передавать один раз за заданный интервал времени группу нескольких одинаковых импульсов — кодовую группу. Различным уровням сигнала соответствуют определенные комбинации, отличающиеся присутствием либо отсутствием тех или иных импульсов кодовой группы. Если группа состоит только из одного импульса, то возможны всего две комбинации: наличие импульса и его отсутствие. На рис.6.3б показаны возможные комбинации для группы из двух импульсов. В общем случае кодовая группа из n импульсов дает 2ⁿ комбинаций. Коэффициент нелинейных искажений, возникающих вследствие квантования сигнала по уровню, быстро уменьшается с увеличением числа импульсов в кодовой группе: при n = 5 (32 уровня) он составляет 3,5%, а при n = 7 (128 уровней) — всего 0,8%. Повышенная помехоустойчивость импульсно-кодовой модуляции объясняется тем, что помеха искажает передаваемый сигнал только в том случае, если она создает в соответствующий момент времени в радиоприемном устройстве ложный импульс или же гасит один из импульсов кодовой группы, передаваемой радиопередающей станцией.

Рис. 6.4
В радиолокационных, радионавигационных и ряде других передатчиков применяют одноступенчатую модуляцию, при которой передатчик генерирует последовательность прямоугольных радиоимпульсов с неизменными амплитудой, длительностью и периодом повторения. Модулирующим сигналом в этом случае является напряжение, имеющее форму прямоугольных импульсов одинаковой амплитуды и длительности, следующих один за другим через равные промежутки времени. Это напряжение формируется в специальных устройствах, носящих название импульсных модуляторов.

В дальнейшем будут рассмотрены только импульсные передатчики с одноступенчатой модуляцией типа радиолокационных. Структурная схема такого передатчика показана на рис.6.4. Передатчик состоит из четырёх основных блоков: синхронизирующего устройства, подмодулятора, модулятора и генератора высокой частоты. На выходе генератора высокой частоты должны быть получены радиоимпульсы, по форме близкие к прямоугольным. Для этого необходимо, чтобы импульсы на выходе модулятора — модулирующее напряжение — были близкими к прямоугольным. Синхронизирующее устройство осуществляет синхронизацию работы импульсного передатчика с работой станции в целом. Подмодулятор обеспечивает на входе модулятора управляющее напряжение требуемой величины и формы.

Импульсную модуляцию в ламповых генераторах СВЧ, то есть включение и выключение электронной лампы, можно осуществлять двумя способами:

1) отпирать лампу положительными импульсами на сетку, к которой приложено постоянное запирающее напряжение смещения, при постоянном высоком напряжении на аноде — сеточная модуляция;

2) подавать на анод импульсы высокого напряжения, при этом смещение на управляющей создается обычной цепочкой RC — анодная модуляция.

Достоинством сеточной модуляции, как всегда, является сравнительно малая мощность модулятора, вследствие чего он получается простым и малогабаритным. Тем не менее модуляция импульсных генераторов на анод оказывается более целесообразной, чем на сетку, по двум причинам. Первая причина состоит в том, что электрический пробой в лампе связан с процессом ионизации, обладающим известной инерционностью. Вторая причина заключается в ухудшении температурного режима лампы из-за термотока сетки, который имеет место во время пауз при сеточной модуляции. Все это является починами того, что основное применение в автогенераторах находит анодная модуляция.

В генераторах с внешним возбуждением применяется, как правило, двойная модуляция — на анод и на сетку, так как при одной только анодной модуляции неизбежна перегрузка сетки в момент снятия анодного напряжения.

Для осуществления анодной модуляции в ламповых генераторах СВЧ необходимы мощные импульсные модуляторы. Импульсные высоковольтные модуляторы большой мощности требуются также для магнетронных и клистронных генераторов, которые используются в передатчиках радиолокационных станций, в ускорителях частиц и др. Поскольку такие модуляторы имеют большое практическое значение, их рассмотрению будут посвящены все последующие разделы.

6.3. Общие принципы работы импульсных модуляторов

6.3.1. Требования к импульсным модуляторам

Импульсные модуляторы, используемые в передатчиках с импульсной анодной модуляцией, должны обеспечивать:

заданную мощность импульсов (достигающую сотен и даже тысяч киловатт) при высоком КПД модулятора;

требуемую форму импульсов;

минимальную мощность управления модулятором;

удобство и надежность эксплуатации, малую зависимость от внешних условий температуры окружающей среды, давления и т.п., а также по возможности малые габариты, вес и стоимость модулирующего устройства в целом.

Рис.6.5

Форма импульсов на выходе модулятора (рис.6.5) имеет большое значение:

от формы импульсов на выходе радиолокационного передатчика зависят точность определения дальности и разрешающая способность станции. Требования к форме импульсов зависят от типа модулируемого генератора СВЧ.

Для обеспечения нормальной работы магнетронного генератора длительность фронта t_ф модулирующего импульса должна быть порядка (0,1¸0,2)t, а длительность спада t_с – (0,2¸0,4) t, где t — длительность импульса. Нестабильность напряжения на вершине импульса не должна превышать 3%, в некоторых случаях для обеспечения малой величины электронного смещения частоты магнетрона даже 1%. Кроме того, недопустимо наличие значительных послеимпульсных осцилляций, так как из-за них на выходе передатчика могут появиться нежелательные высокочастотные импульсы, которые будут иметь место в то время, когда излучение должно отсутствовать.Поскольку у магнетронного генератора заземляется анод (из-за удобства подключения антенного фидера и системы охлаждения, а также из условий безопасности), то полярность модулирующих импульсов должна быть отрицательной относительно земли.

При модуляции триодных генераторов СВЧ требования к форме модулирующих импульсов ниже, чем при модуляции магнетронных генераторов, поскольку частота и мощность триодных генераторов СВЧ значительно меньше зависят от изменения анодного напряжения, чем у магнетронных генераторов, а форма высокочастотных импульсов приблизительно повторяет форму модулирующих импульсов. Поэтому допустимая нестабильность напряжения b на вершине импульса может достигать 1,0¸12%. Длительность фронта и спада модулирующих импульсов определяется требованиями к высокочастотным импульсам и техническими возможностями схемы модулятора. Полярность модулирующих импульсов для триодного генератора СВЧ должна быть положительной относительно земли, поскольку катод генераторной лампы заземляется по постоянному току.

6.3.2. Принципы генерирования мощных модулирующих импульсов

Как указывалось выше, специфика импульсной работы передатчиков заключается в том, что они работают в течение весьма коротких промежутков времени длительностью микросекунды, отдавая мощность, достигающую в ряде случаев десятков мегаватт, после чего следует длительная пауза, когда генератор заперт. Это приводит к идее создания таких схем импульсных модуляторов, которые были бы способны отдаваемую ими в импульсе энергию накапливать за время паузы. Блок-схема такого модулятора показана на рис.6.6. Основными элементами этой схемы являются накопитель энергии и коммутирующий прибор. В схеме можно выделить две главные цепи: зарядную (она показана пунктиром) и разрядную. Во время паузы между импульсами в модуляторе происходит накопление энергии. Эта энергия запасается в накопителе, который при разомкнутом коммутирующем приборе заряжается от источника питания. Управляемый подмодулятором коммутирующий прибор замыкает во время импульса цепь разряда, и накопитель отдает запасенную во время паузы энергию генератору СВЧ. Ограничительное сопротивление в схеме рис.6.6 установлено для того, чтобы в момент замыкания коммутирующего прибора, когда сопротивление последнего очень мало, не закоротить источник постоянного напряжения при разряде накопителя. Цепь заряда должна замыкаться через зарядное устройство, сопротивление которого кратковременным токам разряда много больше эквивалентного сопротивления генератора СВЧ, поэтому накопитель не разражается через параллельную зарядную цепь.

С энергетической точки зрения модулятор является трансформатором мощности. В самом деле, мощность Р_ист, потребляемая накопителем от источника питания, равна:

Р_ист = η_з,

где W_нак— энергия, получаемая накопителем от источника питания, η_з– КПД зарядной цепи, Т – период следования импульсов. Мощность Р_г, которую получает генератор СВЧ во время импульса, равна:

Р_г= η_рW_нак/τ =η_рη_зР_истT/τ = η_рη_зР_истq ,

где h_р— КПД разрядной цепи, а q – скважность. Таким образом, благодаря применению накопителя энергии мощность Р_г, получаемая генератором СВЧ во время импульса, в (qh_зh_р) раз больше мощности, отдаваемой источником питания. Обычно h_з и h_р= 0,7-0,9, q — порядка 1000. Это даёт возможность использования источников питания малой мощности.

Рассмотрим основные элементы схемы импульсного модулятора — коммутирующие устройства и накопители.

6.3.3. Коммутирующие устройства

Коммутирующие устройства — коммутаторы — в схемах импульсных модуляторов работают либо на замыкание, либо на размыкание. Основное требование, которое предъявляется к коммутатору, заключается в том, что его внутреннее сопротивление должно быть минимальным при замыкании и бесконечно большим при размыкании. Из рис.6.6 видно, что во время разряда накопителя напряжение делится между генератором и внутренним сопротивлением коммутатора, при этом на последнем теряется мощность. При этом в коммутаторе теряется мощность Р_к, которая при прямоугольном импульсе, когда ток во время импульса можно считать постоянным, равна

Р_к=U_кI_{р ,}

где I_р – разрядный ток, U_к – падение напряжения на коммутаторе. Мощность, которая передается генератору равна:

Р_г=U_гI_р=I_р(U_н— U_к) .

Здесь U_н – напряжение на накопителе, U_г— напряжение на генераторе. Тогда КПД разрядной цепи равен:

η_р =

Таким образом, КПД разрядной цепи тем выше, чем меньше падение напряжения на коммутаторе во время разряда, то есть чем меньше его сопротивление при замыкании. Наряду с этим к коммутирующим устройствам предъявляют также следующие технические требования:

время срабатывания коммутатора и время восстановления его управляющих свойств должны быть как можно меньше, так как от этого зависят длительность фронта импульсов и частота их следования;

коммутатор должен выдерживать высокие напряжения, достигающие десятков киловольт, и пропускать импульсные токи порядка десятков и сотен ампер;

коммутатор должен срабатывать от импульсов возможно меньшей мощности;

параметры коммутатора должны быть стабильными во времени и не зависеть от температуры окружающей среды; и др.

Наиболее широкое применение в качестве коммутаторов имеют электронные лампы и газонаполненные приборы. И те, и другие могут коммутировать большие мощности, достигающие у ламп десятков мегаватт, а у газонаполненных приборов — ста и более мегаватт. В качестве коммутаторов используют также полупроводниковые приборы тиристоры, позволяющие коммутировать мощности до нескольких мегаватт. Рассмотрим особенности этих коммутаторов.

6.3.3.1. Коммутирующие устройства на электронных лампах

Как коммутирующий прибор электронная лампа обладает следующими достоинствами:

1. Электронная лампа является коммутирующим прибором, работающим как на замыкание, так и на размыкание цепи разряда накопителя энергии.

2. Коммутирующие устройства на электронных лампах по существу являются безынерционными. Это позволяет точно управлять началом и окончанием каждого импульса. Благодаря своей безынерционности электронные коммутаторы способны коммутировать импульсы практически любой длительности и частоты повторения. Форма импульсов в модуляторах с электронными коммутаторами определяется главным образом формой управляющих импульсов в цепи сетки электронной лампы и может быть получена весьма близкой к прямоугольной.

3. Электронные лампы выдерживают напряжения достигающие десятков киловольт.

4. Параметры электронных ламп практически не зависят от времени и от температуры окружающей среды.

Наряду с этим электронные коммутаторы обладают и рядом недостатков, главными из которых являются:

1. Сравнительно большое внутреннее сопротивление электронной лампы, что снижает КПД модулятора в процессе разряда.

2. Относительно небольшой ток эмиссии катода, что ограничивает величину пропускаемого импульсного тока. Для увеличения коммутируемого тока приходится включать лампы параллельно (до шести-восьми штук). Поэтому при формировании импульсов большой мощности (более 1000 кВт) схема модулятора усложняется, и надежность ее работы снижается.

3. Для надежного запирания лампы на ее сетку должно быть подано отрицательное напряжение, превышающее напряжение запирания , которое определяется по спрямленной анодносеточной характеристике. Однако, чрезмерное увеличение отрицательного напряжения на управляющей сетке лампы приводит к увеличению необходимой амплитуды импульса, отпирающего лампу, а также к увеличению выходной мощности подмодулятора и напряжения между управляющей сеткой и катодом лампы. Обычно, величину напряжения смещения выбирают в пределах (1,2¸1,5), при этом анодный ток во время паузы не превышает значения 0,001% от импульсного тока. Рабочую точку коммутаторной лампы во время импульса выбирают в граничном режиме — точка В на характеристике лампы (рис.6.7). При работе в перенапряженном режиме (точка А) велик сеточный ток, а следовательно и мощность подмодулятора; при работе в недонапряженном режиме (точка С) велико падение напряжения на лампе. Кроме того, даже небольшое возрастание тока i_априводит к значительному увеличению падения напряжения на лампе и завалу плоской вершины модулирующего импульса.

Рис.6.7

В качестве коммутаторных ламп обычно используются тетроды, так как у них величина запирающего напряжения и сеточного тока меньше, чем у триодов.

6.3.3.2. Коммутирующие устройства на газоразрядных приборах

Коммутирующие устройства на газоразрядных (ионных) приборах — тиратронах и разрядниках — являются более экономичными, чем на электронных лампах. В отличие от электронной лампы эти приборы способны пропускать импульсные токи, достигающие тысяч ампер при малом падении напряжения на электродах, прячем, цепи их управления (цепь поджига разрядника, сеточная цепь тиратрона) потребляют весьма малую мощность. В результате модуляторы с ионным коммутатором имеют меньшие габариты и более высокий КПД, чем с электронным.

Основной недостаток ионных коммутаторов заключается в том, что они могут работать только на замыкание. После поджига такой коммутатор становится неуправляемым. У модуляторов с ионными коммутаторами форма и длительность импульсов на выходе не зависят от поджигающего импульса, а определяются свойствами цепи разряда, то есть практически свойствами накопителя. Кроме этого, коммутаторы на ионных приборах обладают и рядом других недостатков:

не выдерживают высоких напряжений, что приводит к необходимости включать их последовательно;

обладают довольно значительным временем деионизации, что затрудняет их использование при высокой частоте повторения импульсов;

имеют разброс по времени оформления разряда, а также разброс потенциала зажигания;

Разряд через тиратрон прекращается при уменьшении анодного напряжения более, чем на 20% от начального значения.

Наиболее приспособленными для работы в качестве коммутаторов в импульсных устройствах являются разработанные специально для этой цели водородные тиратроны. Падение напряжения на них при замыкании не превышает 2% от напряжения накопителя; их внутреннее сопротивление в импульсе составляет всего несколько десятков Ом (у электронных ламп оно на порядок выше), поэтому КПД разрядной цепи достигает 98%. Кроме того, водородные тиратроны имеют очень малое время ионизации — от 0,02 до 0,07 мкс — и деионизации — порядка 10мкс. Это позволяет коммутировать импульсы малой длительности (несколько десятых микросекунды) с достаточно высокой частотой повторения (до десятков килогерц). Водородные тиратроны имеют положительную пусковую характеристику, поэтому они не требуют отрицательного напряжения смещения на сетке для запирания во время пауз. Зажигание производится положительными импульсами сравнительно малой мощности с амплитудой напряжения около 200В, причем, имеет значение крутизна фронта этих импульсов, поскольку от нее зависит разброс во времени оформления разряда. При амплитуде поджигающих импульсов 200 В и скорости нарастания напряжения на сетке 300 В/мкс разброс времени оформления разряда не превышает 0,04 мкс. Увеличение скорости нарастания в несколько раз при некотором увеличении управляющего импульса позволяет в необходимых случаях резко уменьшить разброс. Анодный ток тиратрона продолжается до тех пор, пока напряжение на его аноде не уменьшится до значения напряжения погасания, которое у большинства водородных тиратронов не превышает 10-20 В. Параметры и пусковая характеристика водородных тиратронов мало зависят от окружающей температуры. Наибольшее напряжение, допускаемое на аноде водородного тиратрона, достигает десятков киловольт. Для увеличения коммутируемой мощности тиратроны выполняют в металлокерамическом оформлении. Так, металлокерамический водородный тиратрон ТГИI-5000/50 отечественного производства работает при анодном напряжении 50

6.3. Общие принципы работы импульсных модуляторов. 6. Импульсная работа радиопередатчиков. Устройства генерирования и формирования радиосигналов. Учебное пособие

6.3.1. Требования к импульсным модуляторам

6.3.2. Принципы генерирования мощных модулирующих импульсов

6.3.3. Коммутирующие устройства

6.3.3.1. Коммутирующие устройства на электронных лампах

6.3.3.2. Коммутирующие устройства на газоразрядных приборах

6.3.3.3. Коммутирующие устройства на тиристорах

6.3.4. Накопители энергии

6.3.4.1. Применение конденсатора в качестве ёмкостного накопителя энергии

6.3.4.2.Линии с распределенными постоянными и искусственные линии как емкостные накопители энергии

6.3.1. Требования к импульсным модуляторам

Импульсные модуляторы, используемые в передатчиках с импульсной анодной модуляцией, должны обеспечивать:

заданную мощность импульсов (достигающую сотен и даже тысяч киловатт) при высоком КПД модулятора;

требуемую форму импульсов;

минимальную мощность управления модулятором;

удобство и надежность эксплуатации, малую зависимость от внешних условий температуры окружающей среды, давления и т.п., а также по возможности малые габариты, вес и стоимость модулирующего устройства в целом.

Рис.6.5

Форма импульсов на выходе модулятора (рис.6.5) имеет большое значение:

6.3.2. Принципы генерирования мощных модулирующих импульсов

Р_ист = η_з,

Р_г= η_рW_нак/τ =η_рη_зР_истT/τ = η_рη_зР_истq ,

Рассмотрим основные элементы схемы импульсного модулятора — коммутирующие устройства и накопители.

6.3.3. Коммутирующие устройства

Р_к=U_кI_{р ,}

Р_г=U_гI_р=I_р(U_н— U_к) .

Здесь U_н – напряжение на накопителе, U_г— напряжение на генераторе. Тогда КПД разрядной цепи равен:

η_р =

время срабатывания коммутатора и время восстановления его управляющих свойств должны быть как можно меньше, так как от этого зависят длительность фронта импульсов и частота их следования;

коммутатор должен выдерживать высокие напряжения, достигающие десятков киловольт, и пропускать импульсные токи порядка десятков и сотен ампер;

коммутатор должен срабатывать от импульсов возможно меньшей мощности;

параметры коммутатора должны быть стабильными во времени и не зависеть от температуры окружающей среды; и др.

6.3.3.1. Коммутирующие устройства на электронных лампах

Как коммутирующий прибор электронная лампа обладает следующими достоинствами:

3. Электронные лампы выдерживают напряжения достигающие десятков киловольт.

4. Параметры электронных ламп практически не зависят от времени и от температуры окружающей среды.

Наряду с этим электронные коммутаторы обладают и рядом недостатков, главными из которых являются:

Рис.6.7

6.3.3.2. Коммутирующие устройства на газоразрядных приборах

не выдерживают высоких напряжений, что приводит к необходимости включать их последовательно;

обладают довольно значительным временем деионизации, что затрудняет их использование при высокой частоте повторения импульсов;

имеют разброс по времени оформления разряда, а также разброс потенциала зажигания;

6.3.3.3. Коммутирующие устройства на тиристорах

Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор, основу которого составляет четырехслойная структура типа р-n-р-n (рис.6.8а). Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней n-областью называют катодом, а с внешней р-областью — анодом. С внутренней р-областью соединен управляющий электрод. Изготавливают тиристорные структуры из кремния.

Тиристор является управляемым прибором, имеющим два устойчивых состояния — открытое и закрытое. Вольтамперная характеристика тиристора, изображенная на рис.6.8б, имеет S-образную форму. На участке 1 анодный ток весьма мал (от нескольких десятых до 20-30 мА), и прибор можно считать выключенным.

Рис.6.8

Участок 3 аналогичен характеристике обычного полупроводникового диода: прибор находится во включенном состоянии с остаточным напряжением порядка единиц вольт при токах, достигающих тысяч ампер, которые ограничиваются только максимально допустимой мощностью рассеяния. Прямое переключение тиристора имеет место при анодном напряжении, равном (точка перегиба между участком 1 и участком 2, где тиристор имеет отрицательное сопротивление). Это напряжение достигает единиц киловольт. Как видно из рис.10б, при увеличении управляющего (пускового) тока оно уменьшается. Обычно переклюючение тиристора в открытое состояние производится подачей отпирающего импульса тока в цепь управляющего электрода. При обратном переключении тиристора из проводящего состояния в закрытое анодный ток уменьшается до значения тока удержания (рис.6.8б), который невелик — десятки и сотни миллиампер.

При >0, как это обычно бывает на практике, для обратного переключения прибора достаточно уменьшить рабочий ток, протекающий через тиристор, до значения < на время , где — время выключения тиристора. Обратное переключение возможно также при изменении на определенное время полярности напряжения на аноде. Регулировка длительности импульса на нагрузке возможна при запирании тиристора с помощью вспомогательных ключей и дополнительных источников напряжения, а также с помощью коммутирующих реактивных элементов — накопителей энергии (например, энергии предварительно заряженного конденсатора). Включение и выключение так называемого запираемого тиристора производится подачей на его управляющий электрод импульсов положительной (для отпирания) или отрицательной (для запирания) полярности.

Важным параметром тиристора является скорость переключения. Она определяется временем включения к временем выключения. Современные импульсные тиристоры имеют время включения от сотых до единиц микросекунд, а время выключения обычно на порядок больше. Рабочее напряжение у них достигает 2 кВ, а ток — 2000 А. Мощные тиристоры на токи в сотни ампер имеют принудительное охлаждение. Для получения большего напряжения или большего тока тиристоры можно соединять последовательно и параллельно, но при этом должны быть приняты меры, обеспечивающие равномерное распределение токов и напряжений между приборами во избежание их перегрузок.

Достоинством тиристоров является возможность управления не только моментом их включения, но и выключения, что позволяет регулировать длительность импульса в нагрузке. Тиристоры обладают высокой надежностью и долговечностью, постоянно готовы к действию, имеют малые габариты и высокую экономичность.

Недостатками тиристоров является значительно меньшая по сравнению с электронными лампами и водородными тиратронами импульсная мощность, а также большая инерционность.

6.3.4. Накопители энергии

Рис.6.9

Как указывалось выше, в импульсном модуляторе во время пауз между импульсами происходит накопление энергии в накопителе. Энергия в накопителях может запасаться либо в электрическом поле емкости, либо в магнитном поле индуктивности, поэтому в качестве накопителя могут быть использованы емкости, индуктивности, а также различные их комбинации. Наибольшее распространение имеют ёмкостные накопители. Рассмотрим основные типы этих накопителей, обращая при этом внимание на следующее:

на форму импульса, подаваемого на генератор СВЧ при разряде накопителя;

мощность, или энергию, отдаваемую накопителем генератору СВЧ;

КПД накопителя;

требования к коммутирующему прибору.

6.3.4.1. Применение конденсатора в качестве ёмкостного накопителя энергии

Структурная схема модулятора с конденсатором в качестве емкостного накопителя показана на рис.6.9а. Во время пауз между импульсами коммутирующий прибор разомкнут, и конденсатор С заряжается через сопротивление от источника постоянного тока Е, накапливая энергию. При замыкания коммутатора во время действия импульса конденсатор разряжается на генератор СВЧ, отдавая ему накопленную за время паузы энергию. Возможны два режима работы накопительного конденсатора: режим частичного разряда, когда за время импульса конденсатор разряжается частично, отдавая генератору СВЧ лишь небольшую часть накопленной энергии; режим полного разряда, когда во время импульса конденсатор разряжается полностью, отдавая всю накопленную энергию. Изменение напряжения на накопительном конденсаторе при частичном разряде показано на рис.6.9б. Энергия, получаемая конденсатором во время импульса определяется формулой:

W_c=0,5C(). КПД зарядной цепи равен: η_з = , где W_и_c_т – энергия, отдаваемая источником питания накопителю – конденсатору — во время паузы. При τ<<Т можно считать, что W_и_c_т=Eq_зар_, где q_зар – заряд, полученный конденсатором от источника питания, он равен: q_зар =С(U_cmax – U_cmin), тогда: W_с= 0,5(U_cmax + U_cmin) q_зар = U_c_ср/Е.

При этом КПД зарядной цепи равен:

То есть КПД цепи заряда определяется отношением среднего напряжения на конденсаторе к напряжению источника питания.

Для получения импульса на нагрузке, по форме близкого к прямоугольному, относительное изменение напряжения на конденсаторе b должно быть мало:

, (6.1)

где

U_cmax = E (1- ). (6.2)

Поскольку обычно , то при частичном разряде накопительного конденсатора КПД зарядной цепи достигает 90-95%, при этом форма импульса на нагрузке близка к прямоугольной. Можно показать, что емкость накопительного конденсатора определяется формулой:

, (6.3)

где — сопротивление нагрузки (генератора).

Для осуществления режима частичного разряда накопительного конденсатора необходим коммутатор, работающий и на замыкание, и на размыкание. При таких условиях в качестве коммутатора может быть использована электронная лампа.

Режим полного разряда накопительного конденсатора может обеспечить получение модулирующих импульсов большой мощности при более простой схеме подмодулятора и при использовании коммутирующего прибора, работающего только на замыкание. Последнее позволяет использовать в качестве коммутирующего прибора не электронную лампу, а тиратрон. Однако, при полном разряде обычного конденсатора импульс напряжения на нагрузке не прямоугольный, а остроконечный (рис.6.9в), и КПД зарядной цепи, как следует из формул (6.1) и (6.2), получается низким. По этим причинам режим полного разряда накопительного конденсатора не применяется.

6.3.4.2. Линии с распределенными постоянными и искусственные линии как емкостные накопители энергии

Недостатки простого емкостного накопителя, работающего в режиме полного разряда, могут быть устранены при использовании более сложных емкостных накопителей, а именно – накопительных искусственных линий. При этом все преимущества использования полного разряда сохраняются. Импульсные модуляторы с искусственными линиями широко применяются на практике.

Рис.6.10

В однородной линии с распределенными постоянными, заряженной до некоторого напряжения Е, сосредоточен запас электростатической энергии W_c=0,5lE², где С` -погонная ёмкость линии, l — её длина, то есть С`l=C_л — полная ёмкость линии. Таким образом, эта линия представляет собой емкостный накопитель энергии, как обычный конденсатор.

Известно, что разомкнутая на обоих концах линия с распределёнными постоянными длиной l и волновым сопротивлением r, заряженная до напряжения Е, будучи замкнута на нагрузку R (рис.6.10), выделяет на этой нагрузке напряжение, величина и форма которого зависят от соотношения между величинами R и r. Разрядная волна характеризуется током I₁=I_r= и напряжением U₁= I₁r, или U₁=r. Поскольку при разряде линии напряжение на нагрузке U_r=E-U₁, то нетрудно показать, что

, (6.4)

(6.5)

Последние два выражения показывают, что линия в процессе разряда ведет себя по отношению к нагрузочному сопротивлению R как источник ЭДС E c внутренним сопротивлением r (рис.6.11). Напряжение на линии равно:

Рис.6.11

При t=, где v — скорость распространения волны в линии, после того, как разрядная волна, достигнув разомкнутого конца линии, отразится от него и вернется к началу линии, т.е. после двукратного прохождения разрядной волны, остаточное напряжение на линии станет равным Е’ = E — 2U_r, или:

. (6.6)

Из (6.4) и (6.6) следует, что при R =r на нагрузке выделяется прямоугольный импульс с амплитудой U_R=E/2 и длительностью t==, при этом остаточное напряжение на линии Е’=0; когда R >r напряжение на нагрузке U_r, > E/2, остаточное напряжение Е’ имеет ступенчатую форму одной полярности, длительность каждой «cтупеньки» равна t; при R< r напряжение U_r < E/2, а Е’ имеет знакопеременную ступенчатую форму (рис.6.12).

Итак, если R¹r, то при t=2l/v линия еще заряжена до напряжения , и процесс разряда повторяется до тех пор, пока она не разрядится полностью.

Таким образом, заряженный до некоторого напряжения разомкнутый на конце отрезок линии с распределёнными постоянными позволяет получить при разряде на согласованную нагрузку напряжение, имеющее прямоугольную форму. Амплитуда импульса равна половине величины напряжения, до которого была заряжена линия, а его длительность t — удвоенному времени пробега разрядной волны вдоль линии длиной l, т.е. t=2l/v. Поскольку скорость распространения волны в воздушной линии равна скорости света с=3×10⁸ м/сек, то при заданных значениях U_н, R и t расчет параметров линии не составляет труда. Однако, для получения коротких импульсов длина линии чересчур велика: при t=1мкс l=150м! Поэтому на практике применяются искусственные линии, составленные из ряда ячеек с сосредоточенными параметрами L и C. Наиболее употребительная схема искусственной линии показана на рис.6.13. Свойства искусственных линий отличаются от свойств линий с распределенными постоянными, но приближаются к ним при увеличении числа ячеек, из которых составлена искусственная линия. Для искусственной линии (рис.6.13), составленной из N ячеек, длительность импульса равна:

t = 2l= 2 =2N,

где и— индуктивность и ёмкость одной ячейки, а L_ли C_л — полные индуктивность и ёмкость линии. Волновое сопротивление этой линии равно:

r = .

Тогда:

С_Л= и L_Л= ,

откуда

. (6.7)

Рис. 6.12

Обычно искусственные линии проектируют на волновые сопротивления от до 25 до 80 Ом. При больших мощностях выгодно выбирать низкое волновое сопротивление для уменьшения напряжения на линии. Искусственные линии с большими волновыми сопротивлениями не применяются, так как емкости ячеек оказываются очень малыми, соизмеримыми с емкостями монтажа.

Рис.6.13

По этой же причине число ячеек, из которых составлена искусственная линия, обычно не превышает 6.

Рис.6.14

Форма импульсов, создаваемых искусственными линиями на согласованном нагрузочном сопротивлении, заметно отличается от прямоугольной. Нарастание и спад импульса происходят с конечной скоростью. Вершина импульса не плоская, а волнистая, причем, максимальная величина пульсаций достигает 10% и мало зависит от числа ячеек. От числа ячеек N зависят длительности фронта t_ф и длительности спада t_с импульса, которые тем меньше, чем больше ячеек. Число ячеек выбирают, исходя из требуемой длительности фронта:

N @ 0,4 (6.8) Длительность спада импульса равна: t_с@ 2t_ф (6.9) На рис.6.14 показана форма импульсов разряда искусственной линии на согласованную нагрузку при числе ячеек N=2, 3 и 4.

Импульсный модулятор. Большая энциклопедия техники

Импульсный модулятор

Импульсный модулятор – это специальный прибор какой-либо импульсной станции, в задачи которого входит контролирование работы генератора высокочастотных колебаний.

Импульсный модулятор состоит из высоковольтного выпрямителя, катушки индуктивности фильтра, накопителя, вращающегося разрядника, коаксиального кабеля, магнетрона и трансформатора.

Есть два типа импульсных модуляторов: модулятор, в котором импульсы создаются под влиянием синхронизирующих сигналов импульсного модулятора, и модулятор, используемый как усилитель мощности импульсов.

Первый из этих двух видов отличается высоким КПД при малых размерах и малом весе, а второй создает лучшую форму и постоянство частоты и длительности импульсов.

К основным задачам импульсных модуляторов относится создание мощных импульсов за счет запаса энергии в течение паузы между импульсами и быстрого использования накопленной энергии за короткое время в генерируемом импульсе. Поэтому основной частью импульсного модулятора являются накопитель и коммутационное устройство, являющееся клапаном, открывающим доступ энергии к нагрузке.

Накопители бывают емкостные, индуктивные и смешанные, а коммутирующие устройства – это электронные лампы, тиратроны, тригатроны и радиотехнические искровые разрядники.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Поделитесь на страничке

Импульсный модулятор с частичным или полным разрядом накопителей энергии — PatentDB.ru

Импульсный модулятор с частичным или полным разрядом накопителей энергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Класс 21а4, 48вв

Мв 118868

СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

А. С. Суриков

ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР С ЧАСТИЧНЫМ ИЛИ ПОЛНЫМ

РАЗРЯДОМ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ Заявлено 9 декабря 1957 г. за М 587805/40 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

В известных импульсных модуляторах с частичным или полным разрядом накопителей энергии накопитель при разряде непосредственно или через коммутирующий прибор подключается к нагрузке. Недостатки подобных модуляторов заключаются в трудности получения импульсов с достаточно крутыми фронтами и сравнительно низкая надежность их работы.

В описываемом устройстве эти недостатки устранены тем, что накопители энергии при разряде подключаются к нагрузке через импульсный трансформатор, а при заряде эти накопители соединяются параллельно и через активное сопротивление импульсного трансформатора подключаются к источнику высокого напряжения.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема модулятора с частичным разрядом накопительного элемента; на фиг. 2 вЂ” то же, с полным разрядом накопительного элемента.

В модуляторе с частичным разрядом накопителей энергии модуляторная лампа Л, на электроды которой подаются напряжения Е; Egz, Eg>, в промежутке между пусковыми импульсами заперта по управляющей сетке. Конденсаторы С1 и С2 заряжены. Пусковой импульс отпирает лампу Л, и конденсатор С1 разряжается через первичную обмотку трансформатора ИТ. Импульс напряжения, возникающий на вторичной обмотке ИТ при разряде конденсатора Сь суммируется с напряжением на конденсаторе С2 и подается на магнетрон, параллельно которому подключен диод Д, выполняющий роль демпфера.

Амплитуда модулирующего импульса U„„„, =E(n+1), где ивЂ” коэффициент трансформации импульсного трансформатора. В модуляторе с полным разрядом накопительных элементов при отпирании тиратрона 1 линии ИЛ, разряжается через первичную обмотку ИТ, а импульс, возникающий при этом во вторичной обмотке ИТ, суммируется с напряжением на ИЛ и подается на магнетрон М. № 118868

Описанные схемы дают возможность применять в мощных модуляторах высоковольтные выпрямители с меньшим напряжением, чем при использовании известных схем модуляторов, в результате чего облегчается режим модуляторных ламп и, следовательно, повышается надежность работы модулятора. Одновременно уменьшается длительность фронта и спада импульса по сравнению со схемами, имеющими трансформаторный выход.

Предмет изобретения

Импульсный модулятор с частичным или полным разрядом накопителей энергии, отличающийся тем, что, с целью получения импульсов с более крутыми фронтами и для повышения надежности работы модулятора, накопители энергии включены при разряде через импульсный трансформатор.

Фиг. /

Фиг. 2

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Редактор А. К. Лейкина Гр. 8S

Подп. к печ. 5Х-59 г

Тираж 810 Цена 25 коп.

Информационно-издательский отдел.

Объем 0,17 и. л. Зак. 2813

Типография Комитета по делам изобретений н открытий прн Совете Министров СССР

Москва, Петровка, 14.

ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР НА «МЯГКОЙ» ЛАМПЕ

В качестве «мягкого» коммутаторного устройства применяются газоразрядные приборы, чаще всего водородные тиратроны. Их преимущества: а) малое падения напряжения при газовом разряде; б) возможность пропускания очень больших токов разряда; в) более простые требования к управляющим импульсам.

При полном разряде накопительной ёмкости коммутатор не размыкает цепь разряда до полного прекращения тока в ней. Форма импульса напряжения на нагрузке получается экспоненциальной.

Этот недостаток можно устранить путём применения в качестве накопителей энергии искусственных линий. При этом сохраняются все преимущества использования полного разряда.

Применение линий обусловлено возможностью получения прямоугольных импульсов при разряде разомкнутого отрезка длинной линии длиной ℓ, заряженного до напряжения U0 , на активное сопротивление RН , равное волновому сопротивлению линии Z0. Величина напряжения на нагрузке равна U0/2, а линия разряжается в течение

где v – скорость распространения электромагнитных волн в линии. Время разряда определяет длительность импульса на нагрузке.

В начале процесса разряда отрезка линии напряжение U0 делится пополам между

волновым сопротивлением линии Z0 и согласованной нагрузкой RН = Z0 .

Д1	L	L	L	L
LЗ	C0				ИЛ	0tзар=
+Е	Д2 С	С	С	С
СР	Т
СР
UУПР			ИТ		Катод
	R	СК				Выход
	КЛ	RК			М	Выход
		RК

ИЛ –разомкнутый отрезок длинной линии,Анод ведет себя как ёмкость.

Т – тиратрон (активный элемент коммутатора), КЛ- коаксиальная линия. В паузе Т заперт, ИЛ накапливает энергию. UУПР отпирает тиратрон.

ИЛ разряжается отдавая энергию в нагрузку (АЭ-М) (тиратрон эквивалентен

тиристору). ИЛ разряжается полностью от Umax до Umin=0.

ИЛ ведет себя как конденсатор во время заряда (С0) через индуктивность LЗ и формирует прямоугольный импульс напряжения при разряде.

КПД цепи разряда стремится к 1, если Uсред Еп, а для Umin=0 это значит

Umax 2 Еп. Реализовать такое напряжение можно, если использовать особенности переходного процесса при подключении источника ЕП=const к последовательному

контуру LЗС0		– резонансный заряд.			= 0LЗ=1/
	0		1	0C0	= 0LЗ=1/
F	0		1


СОБСТ	2		LЗC0		=r/
	2		LЗC0		=r/
					14

F	0		1
СОБСТ	2		LЗCЗ
	2		LЗCЗ
LЗ		Д1	C0
LЗ

+Е			Т
		СР	Т
		СР
	UУПР
			R

0tзар=			Umax 2 Еп
L	L	L	L
Д2 С			ИЛ
Д2 С	С	С	С

	ИТ	Катод
КЛ	СК		Выход
КЛ	RК	М	Выход
	RК

		Анод	15
			15

2E UИЛ или UC

iЗ

1/2FСОБСТ = ТСОБСТ /2

Рис. временные диаграммы изменения напряжения на ИЛ и тока заряда

Зарядный ток достигает максимума в момент, когда UИЛ становится равным Е.

Запасённая в индуктивности LЗ энергия после этого

продолжает заряд конденсатора (ИЛ), а сам зарядный ток уменьшается, поддерживаясь за счёт ЭДС самоиндукции. При этом напряжение UИЛ на ИЛ

достигает к концу разряда индуктивности LЗ значения

близкого к 2Е (примерно 1,8…1,9Е). В этом достоинство резонансного заряда.

Но частота следования импульсов FП должна быть вдвое больше, чем частота зарядной цепи FСОБСТ.

Введение в цепь заряда диода Д1 позволяет осуществить импульсную работу с

любой частотой следования импульсов Fп< FСОБСТ, так как после достижения на линии максимального напряжения ≈ 2Е, оно может поддерживаться сколь угодно

долго (диод Д1 оказывается закрытым).

Для обеспечения постоянства нагрузки модулятора при формировании импульса и включается цепочка СК RК . Сопротивление RК принимается равным волновому

сопротивлению ИЛ и в начальный момент разряда линия разряжается на него. Ёмкость СК выбирается из условия, чтобы напряжение на ней установилось за время

фронта импульса.

Диод Д2 служит для предотвращения перенапряжения в ИЛ, если линия будет разряжаться на сопротивление нагрузки меньше волнового. Диод Д2 шунтирует 16 напряжение обратной полярности на ИЛ.

Ёмкость ячеек может быть определена из условия равенства запасённой в ИЛ энергии, и энергии, которая расходуется в RН за один импульс, что отображается

соотношением:	1			U 2	U 2

		kCU02	И PИ И	НАГР И	0
	2				4RН
				RН

где k – число ячеек ИЛ, U0 2 Uн – напряжение заряда ИЛ.

Для работы с разными длительностями импульсов применяются сменные ИЛ, либо переключается число ячеек ИЛ («длина» ИЛ), пропорционально которому изменяется и длительность импульса.

Мощность, отдаваемая ИЛ во время импульса в согласованную нагрузку равна

	U 2	U 2
PИ	0		0
	4RН		4

необходимое напряжение заряда линии

U0 4 PИ

Обычно ИЛ проектируются на волновые сопротивления от 25 до 80 Ом.

Диод Д1 должен быть достаточно высоковольтным и поэтому имеет высокое сопротивление, что снижает КПД цепи заряда до η=0.8…0.85.

Часть энергии теряется в ИТ, поэтому ηР приблизительно равно ηИТ=0.8…0.9. Общий ηМ=ηЗ·ηР=0.7…0.8, т.е. того же порядка, что КПД на «жесткой» лампе.

Импульсные модуляторы с искусственными линиями широко применяются на

Обычно известны сопротивление нагрузки RАЭ и длительность радиоимпульса И.

АЭ автогенератора к источнику модулирующего напряжения подключают через повышающий импульсный трансформатор (для понижения напряжения питания

модулятора), при этом сопротивление нагрузки для ИЛ Rн = RАЭ/Кит2, где

Кит – коэффициент трансформации.

Необходимое волновое сопротивление линии w= Rн связано с погонными LП

индуктивностью и емкостью Cп соотношениями w= v Lп= 1/vCп (v – скорость распространения волн в линии).

Т.к. длина линии l=0.5 иv и Lп = w/v, CП= 1/vw, то значения полной индуктивности и емкости линии L0=lLп =0.5 иw; C0=lCп=0.5 и/w.

В случае линии с воздушным заполнением пространства между проводами v И 3 108 10 6

скорость распространения электромагнитной150 волны v ≈ 3·108 м/с и для формирования

2 2

импульса длительностью τИ = 1 мкс потребуется отрезок линии длиной

Очевидно, такая длина неудобна даже при свёртывании линии в моток. Линия с распределенными параметрами на практике заменяется LC- ячейками

количеством n >(6 — 12) с индуктивностью и емкостью каждой ячейки L=L0/n, 18

C=C /n, соответственно. При этом форма импульса остается близкой к

МАГНИТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР (МИМ)

В качестве коммутирующего прибора в таком модуляторе используется нелинейная индуктивность.

Магнитные коммутирующие устройства по сравнению с другими коммутаторами, в частности, с электронными лампами и водородными тиратронами, обладают рядом преимуществ, основными из которых являются:

1)высокая эксплуатационная надёжность, практически неограниченный срок службы;

2)постоянная готовность к работе, не требуют предварительного разогрева, тогда как тиратроны требуют предварительного разогрева в течение нескольких минут;

3)отсутствие предельных токов в схеме, подобно току эмиссии в ЭВП;

4)при рациональном конструировании габариты и вес МИМ могут быть меньше, чем лампового импульсного модулятора;

5)высокая механическая прочность и др.

Магнитные импульсные модуляторы могут коммутировать мощности в единицы

МВт и генерировать короткие импульсы длительностью до десятых долей мкс.
	По типу применяемого источника питания магнитные импульсные модуляторы
разделяются на модуляторы:
—	с питанием от источника переменного тока;
—	с питанием от источника постоянного тока.	19

В МиМ с полным разрядом НЭ коммутатором является нелинейная индуктивность (НИН), представляющая собой катушку с сердечником из феррита или пермаллоя с очень узкой и почти прямоугольной петлей гистерезиса.

Магнитная проницаемость (зависимость магнитной индукции (В) от напряженности магнитного поля (Н)) ( =dB/dH) на крутом участке ( 1) (ненасыщенное состояние) значительно больше, чем на пологом ( 2) (насыщение). 1 >> 2.

	В 2 0	+	В
		+	2
		ВН
	1	0
	Н		Н
	3	1	ВН–
0		1
0
2	а)	б)

Реальная (а) и идеализированная (б) кривые намагничивания сердечника

Индуктивность катушки L и поэтому

L1=L( 1)>>L2=L( 2). Это обстоятельство позволяет применить ее в качестве коммутатора. Рис. б – идеализированная кривая насыщения. Здесь в ненасыщенном состоянии 1 , L1 , и

2 0,	а L2 const и мала в насыщенном

состоянии.

Простейшая схема магнитного импульсного модулятора при питании от источника переменного тока с использованием в качестве коммутатора нелинейного дросселя представлена на следующем рис.

источника питания

					UП				В
				I	П		LП		ВН+
С — ИЛ					П				2
С — ИЛ				L0
				L0			ИТ		0
					L		ИТ		0
e = E	sin ω	t		i	L	IL	К высокочастотному		Н
			~	С	UC	IL	К высокочастотному		1
			~	С	UC		генератору
М	0						генератору	3
								3	ВН–
	Рис. схема магнитного импульсного модулятора

Частота 0 источника равна частоте следования импульсов. Конденсатор С (ИЛ) является накопительной ёмкостью, L0 – зарядная индуктивность, L –

коммутирующий дроссель (нелинейная индуктивность), ИТ – импульсный трансформатор.

Собственная частота цепи заряда выбирается равной частоте 0

L0C 0

Рабочая точка дросселя L выбирается у нижнего загиба кривой намагничивания

(точка 1) — сердечник отрицательно насыщен при помощи системы подмагничивания выбором тока IП . В начале каждого периода напряжение на конденсаторе С равно

нулю. Для цепи заряда справедливы дифференциальные уравнения (IL const, r1ИТ 0,

UL UC) :	di	U		E		sin	t	i C dUC I
L	di	U		E		sin	t	i C dUC I	L
0 dt			C		M	0		dt	L
									21

Подставляя одно в другое, получаем дифференциальное уравнение :								В
								ВН+
			2	02UC 02 EM sin 0t				ВН+
			d UC	02UC 02 EM sin 0t				2
			dt2					0
При начальных условиях UС = 0; iC = 0 его решение имеет вид								0
При начальных условиях UС = 0; iC = 0 его решение имеет вид								Н
				E				Н
е =ЕМ sin ω0t			UC	E	M (sin 0t 0t cos 0t)			1
е =ЕМ sin ω0t			UC		M (sin 0t 0t cos 0t)		3	ВН–
				2
UС	0,5πEM		В момент t=T/2= / 0 напряжение =0,5 ЕМ,
			а в момент Т			UС=- ЕМ.
			При положительном UС рабочая точка дросселя
	2	– πEM	перемещается по кривой намагничивания вверх до точки
		– πEM	2, не заходя в область насыщения.
			2, не заходя в область насыщения.
			При отрицательном UС (вдвое большем

В	положительного) рабочая точка дросселя перемещается
1	вниз, проходит точку 1, и перемещается далее до точки 3 в

3область отрицательного насыщения сердечника.

Индуктивность коммутирующего дросселя резко уменьшается и конденсатор С (линия-НЭ) быстро разряжается, формируя на входе ИТ, и на нагрузке, импульс напряжения.

Условием преждевременного разряда является ограничение индукции Bмакс< BН.

Импульсные модуляторы с тиратронным коммутатором

(например, емкость) в модуляторе разряжается полностью. Если использовать в качестве накопителя конденсатор, форма напряжения на генераторе высокой частоты будет «треугольной», что в большинстве случаев недопустимо. Кроме того, как мы уже знаем, КПД цепи заряда при заряде емкости через резистор и полном разряде не превышает 50 %.

Формирование импульса напряжения отрезком длинной линии

Для того чтобы сформировать импульс напряжения прямоугольной формы, можно использовать в качестве накопителя отрезок длинной линии (рис 20.12).

Рассмотрим процессы разряда отрезка длинной линии на резистивную нагрузку. После замыкания ключа К на рис. 20.12,а в линии возникает возмущение, которое будет распространяться по линии от ключа налево. Пока оно не дойдет до правых зажимов линии и, отразившись от них, не вернется к нагрузке, схема замещения линии с нагрузкой будет соответствовать рис. 20.12,б.

При равенстве сопротивлений нагрузки RН и волнового сопротивления линии W напряжение на нагрузке будет равно половине того напряжения, до которого заряжена линия (E/2). Возмущение, которое возникает на зажимах линии и начинает распространяться справа налево, также равно половине напряжения линии. На левых разомкнутых зажимах линии происходит отражение этого напряжения со сменой знака. Эти процессы изображены на рис. 20.12,в. Там же показана форма напряжения на нагрузке. Это напряжение представляет из себя прямоугольный импульс величиной UН = E/2 и длительностью τИ = 2l/VФАЗ. Здесь l – длина линии, VФАЗ – фазовая скорость распространения возмущения в линии.

На рис. 20.12,г показаны процессы, протекающие при сопротивлении нагрузки RН > W. Форма напряжения на нагрузке представляет собой затухающую последовательность ступенек одного знака.

На рис. 20.12,д показаны процессы, протекающие при сопротивлении нагрузки RН < W. Форма напряжения на нагрузке представляет собой затухающую последовательность разнополярных импульсов.

ПЕРЕДАТЧИКИ С ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

В радиолокации, радионавигации и некоторых специальных системах используются ВЧ колебания с прямоугольной огибающей и имеющих скважность Q импульсов десятки, сотни, тысячи. В зависимости от назначения передатчиков длительность импульсов может быть различной – от наносекунд до милисекунд.

Из-за широкой полосы частот передатчики, излучающие более короткие импульсы, работают на более коротких волнах: при наносекундных импульсах – в диапазоне миллиметровых волн, при микросекундных импульсах – в диапазоне сантиметровых и дециметровых и т.д.

Средняя мощность импульсных колебаний ВЧ определяется отношением энергии, выделенной за время t_и, к периоду Т (рис. 11.1)

где – мощность в импульсе.

Спектр радиоимпульса определяется длительностью прямоугольной огибающей, т.е. длительностью видеоимпульса.

Верхняя частота спектра определяется соотношением

где — длительность фронта видеоимпульса

В среднем , тогда

Например, для, МГц, а полоса спектра, занимаемая радиоимпульсом при АМ, МГц.

Таким образом, импульсные передатчики занимают широкую полосу частот. При этом высокой стабильности средней частоты не требуется, поскольку полоса широкая и уход средней частоты не будет сильно влиять на качество передачи. Схемы не требуют стабилизирующих цепей, т.е. многокаскадности.

В принципе может применяться однокаскадный передатчик, например, на одном магнетроне.

На практике, однако, в связи с повышением требований к качеству передатчиков, используются многокаскадные импульсные передатчики.

Поскольку мощность в импульсе в сотни или тысячи раз превышает среднюю мощность, то целесообразно применять генераторные лампы или другие электронные приборы (активные элементы) специальной конструкции, обеспечивающей большие кратковременные импульсы анодного тока при высоких напряжениях анодного питания и относительно малых значениях мощности рассеиваемой на электродах. Оксидные катоды таких ламп могут работать при микросекундных и меньших длительностях импульсов. При значениях t_и в десятки мкс наступает «отравление» катода и лампа теряет эмиссию. Поэтому используются обычные генераторные лампы с тарированными карбидированными катодами, предназначенными для работы в непрерывном режиме.

В импульсном режиме анодное напряжение лампы форсируется до
25÷30 кВ, а также повышается напряжение возбуждения. Выпускаются для импульсной модуляции и специальные лампы.

Импульсный режим в принципе можно осуществить и методами АМ. Однако усиление импульсных ВЧ колебаний с большой скважностью, без снятия анодного питания во время пауз имеет существенные недостатки. Основной недостаток — увеличивается средняя мощность рассеяния на аноде, что может вывести лампу из строя.

В связи с этим широкое распространение получила импульсная модуляция в анодной цепи лампы.

Импульсная анодная модуляция может осуществляться одновременно в двух и более смежных каскадах ВЧ или в сочетании с манипуляцией в сеточной цепи.

При импульсной анодной модуляции экономически невыгодно использовать источники постоянного напряжения. Поэтому на практике используются схемы питания, в которых реактивность (емкость или индуктивность) длительно накапливает энергию, получаемую от источников постоянного тока, т.е. происходит так называемый заряд накопителя. Затем накопитель отдает энергию кратковременно в виде импульса (разряд накопителя). Подобные устройства, называются импульсными модуляторами.

В самом общем случае в зависимости от того, какой из параметров импульсов меняется, различают три основных вида модуляции:

1. Амлитудно-импульсную (АИМ).

2. Широтно-импульсную (ШИМ).

3. Фазово-импульсную (ФИМ).

В генераторах на триодах, используемых в РЛС метровых и дециметровых волн, возможна модуляция на сетку и на анод.

Модуляции на сетку присущи недостатки:

1. Увеличение потерь в анодной цепи в связи с появлением термотока сетки, который в импульсных лампах оказывается значительным вследствие большой мощности накала и близкого расположения сетки к катоду.

2. Уменьшение электрической прочности ламп, т.к. анодное питание не снимается.

Достоинство: требуется меньшая мощность модулятора. На практике, однако, такой способ применяется редко.

Основной в РЛС является модуляция на анод. В момент пауз генерация отсутствует, т.к. напряжение на аноде лампы равно нулю. В моменты работы генератора на анод лампы подается импульс высокого напряжения от модулятора.

Достоинства анодно-импульсной модуляции:

1. Величина импульсного напряжения может быть значительно больше постоянного.

2. Отпадает необходимость в большом отрицательном смещении в цепи сетки.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Импульсная модуляция

— определение, типы, блок-схемы, ширина импульсной модуляции

- БЕСПЛАТНАЯ ЗАПИСЬ КЛАСС
- КОНКУРСНЫЕ ЭКЗАМЕНА
  BNAT
  Классы
  Класс 1 — 3
  Класс 4-5
  Класс 6-10
  Класс 110003 CBSE
  Книги NCERT
  Книги NCERT для класса 5
  Книги NCERT, класс 6
  Книги NCERT для класса 7
  Книги NCERT для класса 8
  Книги NCERT для класса 9
  Книги NCERT для класса 10
  NCERT Книги для класса 11
  NCERT Книги для класса 12
  NCERT Exemplar
  NCERT Exemplar Class 8
  NCERT Exemplar Class 9
  NCERT Exemplar Class 10
  NCERT Exemplar Class 11
  9plar
  RS Aggarwal
  RS Aggarwal Решения класса 12
  RS Aggarwal Class 11 Solutions
  RS Aggarwal Решения класса 10
  Решения RS Aggarwal класса 9
  Решения RS Aggarwal класса 8
  Решения RS Aggarwal класса 7
  Решения RS Aggarwal класса 6
  RD Sharma
  RD Sharma Class 6 Решения
  RD Sharma Class 7 Решения
  Решения RD Sharma Class 8
  Решения RD Sharma Class 9
  Решения RD Sharma Class 10
  Решения RD Sharma Class 11
  Решения RD Sharma Class 12
  PHYSICS
  Механика
  Оптика
  Термодинамика
  Электромагнетизм
  ХИМИЯ
  Органическая химия
  Неорганическая химия
  Периодическая таблица
  MATHS
  Статистика
  9000 Pro Числа
  Числа
  9000 Pro Числа Тр Игонометрические функции
  Взаимосвязи и функции
  Последовательности и серии
  Таблицы умножения
  Детерминанты и матрицы
  Прибыль и убыток
  Полиномиальные уравнения
  Разделение фракций
  Microology
  FORMULAS
  Математические формулы
  Алгебраные формулы
  Тригонометрические формулы
  Геометрические формулы
  КАЛЬКУЛЯТОРЫ
  Математические калькуляторы
  0003000
  000
  000 Калькуляторы по химии
  000
  000
  000 Образцы документов для класса 6
  Образцы документов CBSE для класса 7
  Образцы документов CBSE для класса 8
  Образцы документов CBSE для класса 9
  Образцы документов CBSE для класса 10
  Образцы документов CBSE для класса 1 1
  Образцы документов CBSE для класса 12
  Вопросники предыдущего года CBSE
  Вопросники предыдущего года CBSE, класс 10
  Вопросники предыдущего года CBSE, класс 12
  HC Verma Solutions
  HC Verma Solutions Класс 11 Физика
  Решения HC Verma Физика класса 12
  Решения Лакмира Сингха
  Решения Лакмира Сингха класса 9
  Решения Лахмира Сингха класса 10
  Решения Лакмира Сингха класса 8
  9000 Класс
  9000BSE 9000 Примечания3 2 6 Примечания CBSE
  Примечания CBSE класса 7
  Примечания
  Примечания CBSE класса 8
  Примечания CBSE класса 9
  Примечания CBSE класса 10
  Примечания CBSE класса 11
  Примечания 12 CBSE
- Примечания к редакции 9000 CBSE 9000 Примечания к редакции класса 9
- CBSE Примечания к редакции класса 10
- CBSE Примечания к редакции класса 11
- Примечания к редакции класса 12 CBSE
Дополнительные вопросы CBSE
Дополнительные вопросы по математике класса 8 CBSE
Дополнительные вопросы по науке 8 класса CBSE
Дополнительные вопросы по математике класса 9 CBSE
Дополнительные вопросы по математике класса 9 CBSE Вопросы
CBSE Class 10 Дополнительные вопросы по математике
CBSE Class 10 Science Extra questions
CBSE Class
Class 3
Class 4
Class 5
Class 6
Class 7
Class 8 Класс 9
Класс 10
Класс 11
Класс 12
Учебные решения

Решения NCERT
Решения NCERT для класса 11
Решения NCERT для класса 11 по физике
Решения NCERT для класса 11 Химия
Решения NCERT для биологии класса 11
Решение NCERT s Для класса 11 по математике
NCERT Solutions Class 11 Accountancy
NCERT Solutions Class 11 Business Studies
NCERT Solutions Class 11 Economics
NCERT Solutions Class 11 Statistics
NCERT Solutions Class 11 Commerce
NCERT Solutions for Class 12
Решения NCERT для физики класса 12
Решения NCERT для химии класса 12
Решения NCERT для биологии класса 12
Решения NCERT для математики класса 12
Решения NCERT, класс 12, бухгалтерский учет
Решения NCERT, класс 12, бизнес-исследования
NCERT Solutions Class 12 Economics
NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 1
NCERT Solutions Class 12 Accountancy Part 2
NCERT Solutions Class 12 Micro-Economics
NCERT Solutions Class 12 Commerce
NCERT Solutions Class 12 Macro-Economics
NCERT Solut Ионы Для класса 4
Решения NCERT для математики класса 4
Решения NCERT для класса 4 EVS
Решения NCERT для класса 5
Решения NCERT для математики класса 5
Решения NCERT для класса 5 EVS
Решения NCERT для класса 6
Решения NCERT для математики класса 6
Решения NCERT для науки класса 6
Решения NCERT для класса 6 по социальным наукам
Решения NCERT для класса 6 Английский язык
Решения NCERT для класса 7
Решения NCERT для математики класса 7
Решения NCERT для науки класса 7
Решения NCERT для социальных наук класса 7
Решения NCERT для класса 7 Английский язык
Решения NCERT для класса 8
Решения NCERT для математики класса 8
Решения NCERT для науки 8 класса
Решения NCERT для социальных наук 8 класса ce
Решения NCERT для класса 8 Английский
Решения NCERT для класса 9
Решения NCERT для класса 9 по социальным наукам
Решения NCERT для математики класса 9
Решения NCERT для математики класса 9 Глава 1
Решения NCERT для математики класса 9, глава 2
Решения NCERT
для математики класса 9, глава 3
Решения NCERT для математики класса 9, глава 4
Решения NCERT для математики класса 9, глава 5
Решения NCERT
для математики класса 9, глава 6
Решения NCERT для математики класса 9, глава 7
Решения NCERT
для математики класса 9, глава 8
Решения NCERT для математики класса 9, глава 9
Решения NCERT для математики класса 9, глава 10
Решения NCERT
для математики класса 9, глава 11
Решения
NCERT для математики класса 9 Глава 12
Решения NCERT
для математики класса 9 Глава 13
NCER Решения T для математики класса 9 Глава 14
Решения NCERT для математики класса 9 Глава 15
Решения NCERT для науки класса 9
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 1
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 2
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 3
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 4
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 5
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 6
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 7
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 8
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 9
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 10
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 12
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 11
Решения NCERT для науки класса 9 Глава 13
Решения NCERT
для науки класса 9 Глава 14
Решения NCERT для класса 9 по науке Глава 15
Решения NCERT для класса 10
Решения NCERT для класса 10 по социальным наукам
Решения NCERT для математики класса 10
Решения NCERT для класса 10 по математике Глава 1
Решения NCERT для математики класса 10, глава 2
Решения NCERT для математики класса 10, глава 3
Решения NCERT для математики класса 10, глава 4
Решения NCERT для математики класса 10, глава 5
Решения NCERT для математики класса 10, глава 6
Решения NCERT для математики класса 10, глава 7
Решения NCERT для математики класса 10, глава 8
Решения NCERT для математики класса 10, глава 9
Решения NCERT для математики класса 10, глава 10
Решения NCERT для математики класса 10 Глава 11
Решения NCERT для математики класса 10 Глава 12
Решения NCERT для математики класса 10 Глава ter 13
Решения NCERT для математики класса 10, глава 14
Решения NCERT для математики класса 10, глава 15
Решения NCERT для науки класса 10
Решения NCERT для класса 10, наука, глава 1
Решения NCERT для класса 10 Наука, глава 2
Решения NCERT для класса 10, глава 3
Решения NCERT для класса 10, глава 4
Решения NCERT для класса 10, глава 5
Решения NCERT для класса 10, глава 6
Решения NCERT для класса 10 Наука, глава 7
Решения NCERT для класса 10, глава 8,
Решения NCERT для класса 10, глава 9
Решения NCERT для класса 10, глава 10
Решения NCERT для класса 10, глава 11
Решения NCERT для класса 10 Наука Глава 12
Решения NCERT для класса 10 Наука Глава 13
NCERT S Решения для класса 10 по науке Глава 14
Решения NCERT для класса 10 по науке Глава 15
Решения NCERT для класса 10 по науке Глава 16
Программа NCERT
NCERT

Commerce
Class 11 Commerce Syllabus
Учебный план класса 11
Учебный план бизнес-класса 11 класса
Учебный план экономического факультета 11
Учебный план по коммерции класса 12
Учебный план класса 12
Учебный план по бизнесу 12 класса
Учебный план
Класс 12 Образцы документов для торговли
Образцы документов для предприятий класса 11
Образцы документов для коммерческих предприятий класса 12
TS Grewal Solutions
TS Grewal Solutions Class 12 Accountancy
TS Grewal Solutions Class 11 Accountancy
Отчет о движении денежных средств 9 0004
Что такое предпринимательство
Защита прав потребителей
Что такое основные средства
Что такое баланс
Что такое фискальный дефицит
Что такое акции
Разница между продажами и маркетингом
03
ICC
Образцы документов ICSE
Вопросы ICSE
ML Aggarwal Solutions
ML Aggarwal Solutions Class 10 Maths
ML Aggarwal Solutions Class 9 Maths
ML Aggarwal Solutions Class 8 Maths
ML Aggarwal Solutions Class 7 Maths Решения Математика класса 6
Решения Селины
Решения Селины для класса 8
Решения Селины для класса 10
Решение Селины для класса 9
Решения Фрэнка
Решения Фрэнка для математики класса 10
Франк Решения для математики 9 класса
9000 4
ICSE Class
ICSE Class 6
ICSE Class 7
ICSE Class 8
ICSE Class 9
ICSE Class 10
ISC Class 11
ISC Class 12

900 IAS
900 Экзамен по IAS
Экзамен по государственной службе
Программа UPSC
Бесплатная подготовка к IAS
Текущие события
Список статей IAS
Мок-тест IAS 2019
Мок-тест IAS 2019 1
Мок-тест IAS4
2
Комиссия по государственным услугам
Экзамен KPSC KAS
Экзамен UPPSC PCS
Экзамен MPSC
Экзамен RPSC RAS
TNPSC Group 1
APPSC Group 1
Экзамен BPSC
Экзамен WPSC
Экзамен GPSC
Вопросник UPSC 2019
Ответный ключ UPSC 2019
900 10 Коучинг IAS
Коучинг IAS Бангалор
Коучинг IAS Дели
Коучинг IAS Ченнаи
Коучинг IAS Хайдарабад
Коучинг IAS Мумбаи

JEE4

9000 JEE 9000 JEE 9000 Advanced

Образец статьи JEE

Вопросник JEE

Биномиальная теорема

Статьи JEE

Квадратное уравнение

NEET
Программа BYJU NEET
NEET 2020
NEET Eligibility
NEET Eligibility
NEET Eligibility 2020 Подготовка
NEET Syllabus
Support
Разрешение жалоб
Служба поддержки
Центр поддержки

Государственные советы
GSEB
GSEB Syllabus
GSEB Образец
003 GSEB Books
MSBSHSE
MSBSHSE Syllabus
MSBSHSE Учебники
MSBSHSE Образцы статей
MSBSHSE Вопросы
AP Board
AP Board
9000 AP Board
9000 AP Board
9000
AP 2 Year Syllabus
MP Board
MP Board Syllabus
MP Board Образцы документов
MP Board Учебники
Assam Board
Assam Board Syllabus
Assam Board
Assam Board
Assam Board Документы
BSEB
Bihar Board Syllabus
Bihar Board Учебники
Bihar Board Question Papers
Bihar Board Model Papers
BSE Odisha
Odisha Board
Odisha Board
Odisha Board 9000
ПСЕБ 9 0002
PSEB Syllabus
PSEB Учебники
PSEB Вопросы и ответы
RBSE
Rajasthan Board Syllabus
RBSE Учебники
RBSE
000 RBSE
000 HPOSE
000 HPOSE
000 HPOSE
000
000 HPOSE
000
000
000 HPOSE
000 HPOSE
000
000 Контрольные документы
JKBOSE
JKBOSE Syllabus
JKBOSE Образцы документов
JKBOSE Образец экзамена
TN Board
TN Board Syllabus
9000 Papers 9000 TN Board Syllabus
9000 Книги
JAC
Программа обучения JAC
Учебники JAC
Вопросы JAC
Telangana Board
Telangana Board Syllabus
Telangana Board Textbook
Telangana Board Textbook
Telangana Board Textbook
KSEEB
KSEEB Syllabus
KSEEB Model Question Papers
KBPE
KBPE Syllabus
KBPE Учебники
KBPE
2
2
2

Краткое обсуждение импульсной кодовой модуляции и демодуляции

Импульсно-кодовая модуляция — это метод, который используется для преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал, чтобы модифицированный аналоговый сигнал мог передаваться через сеть цифровой связи. PCM находится в двоичной форме, поэтому будет только два возможных состояния: высокий и низкий (0 и 1). Мы также можем вернуть наш аналоговый сигнал путем демодуляции. Процесс импульсной кодовой модуляции состоит из трех этапов: выборки, квантования и кодирования.Существует два конкретных типа импульсной кодовой модуляции, такие как дифференциальная импульсная кодовая модуляция (DPCM) и адаптивная дифференциальная импульсная кодовая модуляция (ADPCM)

Блок-схема PCM

Вот блок-схема шагов, которые включены в PCM.

При сэмплировании мы используем PAM-сэмплер, то есть сэмплер с импульсной амплитудной модуляцией, который преобразует непрерывный амплитудный сигнал в дискретный-непрерывный-непрерывный сигнал (PAM-импульсы). Базовая блок-схема PCM приведена ниже для лучшего понимания.

Что такое импульсно-кодовая модуляция?

Чтобы получить сигнал с импульсной кодовой модуляцией из аналогового сигнала на передающем конце (источнике) цепи связи, амплитуда аналогового сигнала выбирается через регулярные интервалы времени. Частота дискретизации или количество отсчетов в секунду в несколько раз превышает максимальную частоту. Сигнал сообщения, преобразованный в двоичную форму, обычно имеет количество уровней, всегда равное степени 2. Этот процесс называется квантованием.

Основные элементы системы ИКМ

На стороне приемника демодулятор импульсного кода декодирует двоичный сигнал обратно в импульсы с теми же квантовыми уровнями, что и в модулятор. Дальнейшими действиями мы можем восстановить исходную аналоговую форму волны.

Теория импульсной кодовой модуляции

Эта блок-схема выше описывает весь процесс PCM. Источник сигнала сообщения непрерывного времени пропускается через фильтр нижних частот, после чего выполняется выборка, квантование и кодирование.Подробно рассмотрим шаг за шагом.

Выборка

Выборка — это процесс измерения амплитуды непрерывного сигнала в дискретные моменты времени, который преобразует непрерывный сигнал в дискретный сигнал. Например, преобразование звуковой волны в последовательность сэмплов. Выборка — это значение или набор значений в определенный момент времени, или он может быть разделен. Пробоотборник извлекает отсчеты непрерывного сигнала, это подсистема идеального пробоотборника, производящая отсчеты, которые эквивалентны мгновенному значению непрерывного сигнала в определенных различных точках.В процессе дискретизации генерируется сигнал с амплитудно-импульсной модуляцией (PAM) с плоской вершиной.

Аналоговый и дискретизированный сигнал

Частота дискретизации, Fs — это количество средних выборок в секунду, также известное как частота дискретизации. Согласно теореме Найквиста частота дискретизации должна быть как минимум в 2 раза выше верхней частоты среза. Частота дискретизации, Fs> = 2 * fmax, чтобы избежать эффекта наложения. Если частота дискретизации намного выше, чем частота Найквиста, это становится передискретизацией, теоретически сигнал с ограниченной полосой пропускания может быть восстановлен, если дискретизируется с частотой выше Найквиста.Если частота дискретизации меньше, чем частота Найквиста, она станет недискретизацией.

В основном для процесса отбора проб используются два типа методов. Это 1. Естественный отбор и 2. Отбор с плоской вершиной.

Квантование

При квантовании — аналоговая выборка с амплитудой, которая преобразована в цифровую выборку с амплитудой, которая принимает одно из специально определенного набора значений квантования. Квантование выполняется путем разделения диапазона возможных значений аналоговых отсчетов на несколько разных уровней и присвоения центрального значения каждого уровня любому отсчету в интервале квантования.Квантование приближает значения аналоговой выборки к ближайшим значениям квантования. Таким образом, почти все квантованные семплы будут немного отличаться от исходных семплов. Эта величина называется ошибкой квантования. В результате этой ошибки квантования мы услышим шипящий шум при воспроизведении случайного сигнала. Преобразование аналоговых отсчетов в двоичные числа, равные 0 и 1.

В большинстве случаев мы будем использовать унифицированные квантователи. Равномерное квантование применимо, когда значения выборки находятся в конечном диапазоне (Fmin, Fmax).Общий диапазон данных разбит на 2n уровней, пусть это будет L интервалов. Они будут иметь равную длину Q. Q известен как интервал квантования или размер шага квантования. При равномерном квантовании ошибки квантования не будет.

Равномерно квантованный сигнал

Как мы знаем,
L = 2n, тогда размер шага Q = (Fmax — Fmin) / L

Интервал i отображается на среднее значение. Мы будем хранить или отправлять только индексное значение квантованного значения.

Значение индекса квантованного значения Qi (F) = [F — Fmin / Q]

Квантованное значение Q (F) = Qi (F) Q + Q / 2 + Fmin

Но есть некоторые проблемы, возникающие в униформе квантование те

Оптимально только для равномерно распределенного сигнала.
Реальные аудиосигналы более сконцентрированы около нулей.
Человеческое ухо более чувствительно к ошибкам квантования при малых значениях.

Решение этой проблемы — использование неравномерного квантования. В этом процессе интервал квантования меньше около нуля.

Кодирование

Кодер кодирует квантованные отсчеты. Каждая квантованная выборка кодируется в 8-битовое кодовое слово с использованием A-закона в процессе кодирования.

Бит 1 — это старший значащий бит (MSB), он представляет полярность выборки.«1» представляет положительную полярность, а «0» — отрицательную полярность.
Бит 2, 3 и 4 будет определять местоположение значения выборки. Эти три бита вместе образуют линейную кривую для отрицательных или положительных отсчетов низкого уровня.
Бит 5,6,7 и 8 являются младшими значащими битами (LSB), они представляют одно из квантованных значений сегмента. Каждый сегмент разделен на 16 квантовых уровней.

PCM — это два типа дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (DPCM) и адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (ADPCM).

В DPCM кодируется только разница между выборкой и предыдущим значением. Разница будет намного меньше, чем общее значение выборки, поэтому нам нужно несколько битов для получения той же точности, что и в обычном PCM. Так что и требуемый битрейт уменьшится. Например, в 5-битном коде 1 бит предназначен для полярности, а оставшиеся 4 бита — для 16 квантовых уровней.

ADPCM достигается за счет адаптации уровней квантования к характеристикам аналогового сигнала. Мы можем оценить значения с помощью предыдущих выборочных значений.Оценка ошибок выполняется так же, как и в DPCM. В методе ADPCM 32 Кбит / с разница между предсказанным значением и выборкой, значение кодируется 4 битами, так что мы получаем 15 квантовых уровней. В этом методе скорость передачи данных составляет половину от обычного PCM.

Демодуляция импульсного кода

Демодуляция импульсного кода будет выполнять тот же процесс модуляции в обратном порядке. Демодуляция начинается с процесса декодирования, во время передачи на сигнал PCM будут влиять шумовые помехи. Итак, перед тем, как сигнал PCM отправится в демодулятор PCM, мы должны восстановить сигнал до исходного уровня, для чего мы используем компаратор.Сигнал ИКМ — это последовательный сигнал пульсовой волны, но для демодуляции нам нужна параллельная волна.

При использовании преобразователя из последовательного в параллельный последовательный сигнал импульсной волны будет преобразован в параллельный цифровой сигнал. После этого сигнал пройдет через n-битный декодер, это должен быть цифро-аналоговый преобразователь. Декодер восстанавливает исходные значения квантования цифрового сигнала. Это значение квантования также включает множество высокочастотных гармоник с исходными аудиосигналами.Чтобы избежать ненужных сигналов, мы используем фильтр нижних частот в финальной части.

Преимущества импульсно-кодовой модуляции

Аналоговые сигналы могут передаваться по высокоскоростной цифровой системе связи.
Вероятность возникновения ошибки снизится за счет использования соответствующих методов кодирования.
PCM используется в системе Telkom, цифровой аудиозаписи, спецэффектах цифрового видео, цифровом видео, голосовой почте.
PCM также используется в радиоуправляемых устройствах как передатчики, а также как приемники для автомобилей, лодок, самолетов с дистанционным управлением.
Сигнал PCM более устойчив к помехам, чем обычные сигналы.

Это все о импульсно-кодовой модуляции и демодуляции. Мы считаем, что информация, представленная в этой статье, поможет вам лучше понять эту концепцию. Кроме того, с любыми вопросами относительно этой статьи или любой помощью в реализации проектов в области электротехники и электроники вы можете обратиться к нам, оставив комментарий в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос: каково применение импульсно-кодовой модуляции?

Фото:

Использование широтно-импульсного модулятора UC3525 | Детали

Для своего проекта я создаю высоковольтный ультразвуковой источник питания (400 В, 28 кГц) на основе микросхемы широтно-импульсной модуляции UC3525.

В сети очень мало информации, объясняющей, как использовать эти чипы, поэтому для обновления на этой неделе я решил написать краткое изложение.

Где взять 3525 чипов

Широтно-импульсные модуляторы распространены. Их производят TI (UC3525), ON Semiconductor (SG3525), Fairchild (KA3525) и некоторые другие.Их можно приобрести в DigiKey, Mouser и eBay в небольших количествах по цене около доллара за штуку.

В даташите на эти микросхемы практически нет информации о применении. В некоторых есть небольшой раздел, в котором подробно описано, как можно использовать вывод «Shutdown» для пропуска импульса, когда это необходимо, но у других его даже нет.

Интернет тоже не очень помогает. В блоге Тахмида есть поэтапное функциональное описание с демонстрационной схемой, а в примечании к приложению SG153x описывается соответствующий чип, но с важными отличиями.

Если вы чего-то не понимаете, загляните в блог Тахмида, чтобы найти контрапункт.

Кроме того, Open Impulse продает экспериментальную плату SG3525 за 3,24 доллара, которая включает в себя ШИМ и частоту, регулируемые потенциометром.

Генерация сигналов ШИМ

Сигнал ШИМ генерируется путем сравнения треугольной волны с опорным уровнем. Выходной сигнал будет высоким, когда треугольник выше эталона, и низким где-либо еще. Регулировка эталона регулирует ширину импульса.

Микросхема UC3525 в основном представляет собой генератор треугольных сигналов и компаратор с некоторыми дополнительными функциями, добавленными для удобства. Любое правильно масштабируются напряжение, пропорциональное выходной ошибка может быть использовано в качестве опорного напряжения для компаратора. Большая ошибка приводит к более высокому опорному напряжению, которое клипами треугольника волна выше, что делает выходные импульсов более узкими, который генерирует выходной сигнал меньше, что, в свою очередь, генерирует более низкое напряжение ошибки.

Например, источник питания 12 В может иметь напряжение ошибки, пропорциональное разнице между 12 В и фактическим выходом.Напряжение сокращает или удлиняет время ШИМ, заставляя выходное напряжение ровно 12 вольт.

Схема не обязательно должна быть источником питания, ей требуется только напряжение обратной связи, пропорциональное ошибке. Чтобы запустить двигатель постоянного тока на определенной скорости, просто подайте обратно напряжение, пропорциональное разнице между запрошенной скоростью и фактической скоростью: отрицательная обратная связь заставит двигатель установить правильную скорость.

Итак, в качестве другого примера вы можете создать усилитель класса D, используя аудиосигнал как Vref:

Прецизионный источник напряжения

UC3525 обеспечивает точность 5.1V справочник, который можно сравнить с сигналом ошибки, или в качестве источника 5V для внешней логики (до 20 м).

Итак, чтобы создать стабилизированный источник питания, просто разделите выходной сигнал с помощью резисторов 1% и сравните его с опорным напряжением, и все готово. Для других схем просто сгенерируйте 5,1 В на правильном выходе, с более высокими напряжениями для «слишком большого» выхода.

Пример из блога Тахмида:

Усилитель ошибки

UC3525 реализует дополнительный операционный усилитель на входе VRef компаратора и выводит соединения для пользователя.Это упрощает преобразование сигналов ошибки — положительный вход может смещать уровень, в то время как инвертирующий вход и обратная связь могут усиливать ошибку, чтобы привести ее в диапазон.

Вы также можете использовать операционный усилитель для замедления обратной связи. В приведенной ниже схеме корректировка ошибки ШИМ задерживается постоянной RC обратной связи усилителя. Это может устранить звон и паразитные колебания, которые могут возникнуть при мгновенной обратной связи.

Если ваш выход имеет большую инерцию (большие конденсаторы фильтра, скорость двигателя и т.п.), вы можете запустить ШИМ в режиме ВКЛ / ВЫКЛ с оптоизолятором.Затем цепь управления изолируется от выхода.

В приведенном ниже примере, когда выходное напряжение превышает 68 В, оптоизолятор включается, сравнивая полный Vref с Vref / 2, и ШИМ отключается. Для более низкого выходного напряжения оптоизолятор отключается, и 0 вольт сравнивается с Vref / 2, что полностью включает ШИМ.

Осциллятор треугольной волны

Возникает естественный вопрос: как генерировать треугольную волну?

Вы начинаете с источника постоянного тока.Затем вы подключаете источник постоянного тока к постоянной емкости, и напряжение линейно растет как функция времени.

UC3525 обеспечивает источник постоянного тока и триггерный механизм, который поочередно заряжает и разряжает конденсатор, поставляемый пользователем. Пользователь также поставляет внешний резистор, который устанавливает величину тока.

В результате пользователь устанавливает частоту колебаний, подавая R и C на секцию генератора в соответствии со следующей формулой:

Примечание: UC3525 имеет два выхода, каждый полупериод модуляции выходной частоты.Это означает, что треугольный генератор работает на * удвоенной * выходной частоте (один выход на каждый полупериод). Если вам нужен выход 50 Гц, настройте генератор на работу на частоте 100 Гц.

Разрядный резистор Rd обсуждается позже.

Генератор имеет импульсный выход, который можно использовать для измерения генерируемой частоты, и вход для синхронизации нескольких устройств.

Чтобы синхронизировать два устройства, установите «ведущее» устройство на колебания с желаемой частотой, установите ведомое устройство на немного медленнее (например, 90% от скорости ведущего) и подключите «Выход OSC» ведущего устройства к ведомый вход «nSync».

Тактовые импульсы на ведомом устройстве nSync преждевременно включают триггер генератора, в результате чего пики и впадины синхронизируются с ведущим устройством.

Насколько я могу судить, этой функцией еще никто не пользовался. Если вам не нужно синхронизировать несколько устройств, просто оставьте контакты nSync и OscOut неподключенными.

Программируемое время простоя

Выход «тотемный полюс» может иметь проблемы с синхронными управляющими импульсами.

Силовые транзисторы не выключаются мгновенно, когда их управляющий импульс становится низким, поэтому, если спадающий и нарастающий фронты управляющих импульсов достаточно близки, есть короткое время, когда оба транзистора проводят ток.

Это называется «прострелом», и фактически транзисторы на короткое время замыкают источник питания на землю, что часто приводит к катастрофическим результатам. Обычно это приводит к выгоранию дорогих выходных транзисторов.

Концептуально затвор имеет небольшую емкость, а драйвер имеет внутреннее сопротивление, поэтому для переключения транзистора требуется постоянная RC. Также играют роль другие факторы, такие как индуктивность выводов и следа.

Решение состоит в том, чтобы иметь «мертвое время», когда оба импульса выключены во время переходов, давая активному транзистору время на отключение перед включением неактивного.

Rd в секции генератора UC3525 позволяет пользователю установить мертвое время.

Время нарастания осциллятора определяется Rt, но время спада определяется суммой Rt и Rd. Дополнительная проводимость заставляет конденсатор разряжаться быстрее, чем он поднимается, преждевременно заканчивая импульс, незадолго до начала противоположного импульса. Конечным результатом является то, что есть короткое время, когда оба импульса «выключены» одновременно.

Если вам не нужно время простоя, закоротите контакт «Discharge» непосредственно на Ct, сделав Rd фактически равным нулю.

Вот пример переменной частоты с мертвым временем 8 мкс. См. Таблицу, чтобы определить мертвое время для значений компонентов.

Драйверы вывода

Выход UC3525 сам по себе представляет собой тотемный столб: каждый выход может выдавать или потреблять около половины ампер тока (зависит от производителя — см. Таблицу).

Выходное напряжение поступает от источника питания, отдельного от внутренней логики микросхемы, поэтому вы можете связать секции ШИМ с логикой низкого напряжения при переключении на гораздо более высокое напряжение.Например, полевые транзисторы большой мощности обычно требуют от 8 до 20 вольт для правильного переключения. Вы можете управлять логикой UC3525 от входа высокого напряжения, например, 35 В, переключая более низкое напряжение, более подходящее для полевых транзисторов.

Если вам не нужны отдельные уровни напряжения, просто соедините Vc и Vcc вместе. Логика UC3525 работает от 8 до 35 вольт.

Плавный пуск и низкое напряжение

UC3525 имеет несколько других функций, которые легко использовать.

Конденсатор, подключенный к входу «плавного пуска», задерживает запуск во время включения питания. Это предотвращает генерацию устройством паразитных выходных сигналов до того, как другие части схемы подключатся к сети. Это может дать микроконтроллеру возможность загрузиться, конденсаторам — возможность зарядиться, а другой управляющей электронике — время для запуска.

Также есть обнаружение низкого напряжения, которое отключает выходы при отключении питания — вам не нужно беспокоиться о выходе из строя при отключении питания схемы управления.

Собираем все вместе

Со всеми этими функциями в одном чипе много чего происходит, но в основном это пассивное программирование отдельных секций. Как только вы разберетесь с отдельными секциями, использование UC3525 в схеме станет несложным.

Вот пример завершенного проекта по ссылкам, размещенным выше, и того, на котором я основал свой дизайн. Это довольно просто, и после обеда ее можно наклеить на макет.

После того, как базовая схема запущена, ее легко изменить для вашего проекта.

Микроволны101 | Макетный радиочастотный модулятор

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу об импульсных радиочастотных источниках

Щелкните здесь, чтобы узнать об измерении импульсных ВЧ-сигналов с помощью анализатора спектра

Создайте макетный усилитель с импульсным стоком, описанный здесь, и вы получите полезное испытательное оборудование для своей микроволновой лаборатории за очень небольшие деньги, скряга! Он обеспечивает пиковую мощность до 20 дБмВт и работает в диапазоне от 2 до 20 ГГц при работе с лабораторным генератором развертки и генератором импульсов.

Зачем вам создавать свой собственный модулятор, если базовая подметальная машина обеспечивает эту функцию? Наш модулятор гораздо более универсален, чем дрянная функция модуляции, встроенная в синтезатор стоимостью 50 тысяч долларов, и это будет стоить вам всего пару долларов! Мы предоставим вам более быстрое время нарастания / спада и более короткую ширину импульса, чем у Agilent!

Вот интерактивный контур этой страницы:

Выбор усилителя

Построение модулятора макета

Предупреждение о согласующем резисторе

Тестирование макетного модулятора

НАСА берет на себя проект (несколько отличных фотографий оборудования!)

Измеренные данные
Осциллографические измерения с детектором
Объемные измерения
Данные анализатора спектра
Изоляция включения / выключения

Большая часть материала на этой странице была предоставлена Джастином, Уэйном, Ромео и Грегом из НАСА, которые взяли идею, полученную от Microwaves101, и воплотили ее в реальном оборудовании.Спасибо, ребята, особенно за разные данные!

Выбор усилителя

Сердце макетного импульсного модулятора Microwaves101 — это усилитель, который вы включаете и выключаете путем подачи импульсов напряжения смещения стока. Существует множество усилителей, которые можно использовать для создания модулятора макета. У нас есть два предложения (от Hittite), основанные на доступности (бесплатно!), Широкой пропускной способности и довольно хорошей мощности.

HMC462 и HMC463 продаются компанией Analog Devices как малошумящие усилители.Щелкните по ссылкам ниже, и мы перенесем вас к их таблицам данных. Оба устройства предназначены для поверхностного монтажа, поэтому вам не нужно беспокоиться, если в вашем распоряжении нет устройства для склеивания проводов. Если вы их вежливо спросите, Analog (был Hittite) мог бы предоставить вам несколько бесплатных образцов любого усилителя, установленного на оценочной плате с разъемами, и все они собраны. Хеттит раньше заставлял вас заполнять надоедливый бланк запроса, прежде чем вы получите какие-либо бесплатные детали. Мы не уверены насчет Analog, может быть, кто-нибудь скажет нам, раздают ли они сейчас бесплатные конфеты MMIC.

HMC462LP5

HMC463LP5

Вот изображения двух вариантов, установленных на оценочных платах, поставляемых Hittite. Картины не в масштабе, пакеты усилителей такого же размера. Обратите внимание на красивые радиаторы на тыльной стороне и хорошо смоченные паяные соединения разъемов RF. Хетты все продумали … разве что собрали HMC463 с одним из танталовых конденсаторов обратной стороной (на фото зафиксировано). Очевидно, они не тестируют этот материал перед отправкой!

МШУ с самосмещением HMC462 МШУ с самосмещением HMC463

Вот компромисс: HMC462 самосмещен, поэтому вам понадобится только один источник питания +5 В.HMC463 имеет три разъема питания: источник питания VDD (номинально 5 В), смещение затвора VGG1 (номинально -0,6 В, но его следует отрегулировать для установки правильного тока стока) и смещение затвора VGG2, каскодное подключение затвора, которое позволяет в некоторой степени регулировать усиление ( но его можно обосновать для этого проекта). HMC463 может быть немного сложнее в эксплуатации, но он обеспечивает большую мощность, чем HMC462. Согласно паспортам Analog, HMC462 обеспечивает 15 дБм на 2 ГГц и 12 дБм на 20 ГГц, а HMC463 обеспечивает 20 дБм на 2 ГГц и 13 дБм на 20 ГГц.Конструкции с самосмещением всегда вырабатывают немного меньше мощности, чем их аналоги с нормальным смещением, потому что резистор источника, который смещает VGS к отрицательному напряжению, съедает часть доступного размаха выходного напряжения. Вы сами решаете, с какой из них жить, но всегда помните, что «лучшая идея — самая простая, которая работает». Это цитата Эйнштейна на случай, если вы не узнали ее.

И HMC462, и HMC463 потребляют менее 70 мА при +5 В на смещении стока. HMC463 должен иметь напряжение стока , а не (+5 В) без напряжения затвора (~ -0.6 В), но с усилителями малой мощности (такими как МШУ) вы можете обойтись короткими периодами времени, когда это нарушается. Мы работали с ним несколько часов с напряжением VGG1 = 0 вольт и никогда не наблюдали проблем с надежностью, но не ожидаем, что его ВЧ-поведение будет нормальным без надлежащего смещения затвора. В любом случае вам не потребуются сложные схемы управления питанием, чтобы «детить» устройство. Вы можете установить ограничение по току на источнике питания до 100 мА, если вы беспокоитесь о том, что деталь подверглась напряжению.

Примечание 1: в этом приложении модулятора вам не нужно подавать импульс сигнала VGG1, просто оставьте его включенным, пока вы подаете импульс питания стока (VDD).

Ниже представлена схема оценочной платы Hittite для HMC463LP. Схема самосмещенного HMC462 очень похожа, но проще (нет соединений VGG1 и VGG2). Схема питания стока такая же, с тремя байпасными конденсаторами (100 пФ, 1000 пФ и 4,7 мкФ). Всегда располагайте низковольтные конденсаторы (100 пФ) ближе всего к MMIC.

Создание макета ВЧ модулятора

По сути, вы будете следовать нашим инструкциям по использованию драйвера MOSFET для импульсного стока MMIC-усилителя, которые мы подробно описали на отдельной странице.

Для работы модулятора стока, показанного ниже, необходимо внести некоторые изменения в оценочную плату Analog. Показана HMC463, модифицированная схема HMC462 будет такой же, но без соединений VGG1 и VGG2. В листе данных показана крышка 4,7 мкФ на сливной линии (C3). Вы переместите конденсатор «вверх по потоку» на стороне питания модулятора MOSFET, иначе это замедлит работу модулятора. Колпачок нужен для стабильности, но усилитель MMIC все равно будет «видеть» конденсатор, когда модулятор включен.Поверьте, с этой модификацией он будет стабильным, и он поможет действовать как накопитель заряда, чтобы поддерживать постоянное напряжение стока во время установления импульса. Если у вас длинные провода источника питания (возможно, более 12 дюймов), вы, вероятно, захотите установить еще больше заряда на блоке питания драйвера MOSFET (столько конденсаторов 4,7 мкФ, сколько сможете). На этой странице M101 подробно рассматривается вопрос хранения заряда.

Драйвер MOSFET должен быть установлен на расстоянии не более одного-двух дюймов от усилителя, чтобы получить максимальное время нарастания / спада.Подальше вы замедляете импульс питания стока VDD и, возможно, добавляете некоторый звон (выброс). Вы можете либо установить драйвер MOSFET TSC427 прямо на оценочную плату (есть место), либо сделать вторую плату для установки драйвера MOSFET (как это сделал Джастин ниже).

Здесь мы нарушили «правило» драйверов MOSFET, подключив двойной драйвер параллельно (о нет, мистер Билл, один из них может перегружать ток !!!). Это улучшает скорость переключения, но если вы планируете отправляя импульсный модулятор Microwaves101 на Марс, вы, возможно, не захотите этого делать.В любом случае, когда вы используете только один из двух доступных драйверов, обязательно установите высокий или низкий уровень входа на неиспользуемый драйвер, чтобы избежать проблем.

Для работы на высоких скоростях кабель питания должен быть коротким. Вы можете поэкспериментировать с некоторыми осевыми конденсаторами на выходных клеммах источника питания, чтобы они действовали как накопители заряда, когда модулятор работает с различной длительностью импульса и скважностью.

Хорошей практикой является подача входного триггерного импульса на драйвер MOSFET через коаксиальную линию.Вероятно, вы можете установить разъем BNC или MCX, просверлив отверстие на плате eval. Более короткие соединения обычно лучше для скорости, но коаксиальные соединения минимизируют проблемы, даже если к вашему генератору импульсов идет кабель длиной несколько футов.

Предупреждение о согласующем резисторе

Для согласования входного сигнала SW требуется резистор со значением от 50 до 500 Ом. Он служит двум целям: он гарантирует, что импульсный модулятор остается выключенным при отсутствии сигнала переключения (однажды вы нас за это поблагодарите), и помогает обеспечить согласование импеданса для вашего высокоскоростного генератора импульсов.Номинал оконечного резистора, который вы используете, зависит от того, какой тип генератора импульсов вы собираетесь использовать. В приведенном ниже примере НАСА использовался старый функциональный генератор HP 8112A 50 МГц, и он «ожидает» сопротивления 50 Ом. Обратите внимание, что если кто-то хочет включить модулятор непрерывно (CW), этот резистор на 50 Ом должен будет рассеивать полватта при 5 вольт. Чтобы не поджарить его, мы рекомендуем вам учесть две вещи: использовать резистор размером 2010 (200 мил на 100 мил) для рассеивания до 1/2 ватта.В качестве альтернативы (если подходит только резистор меньшего размера), если вы хотите работать в непрерывном режиме, уменьшите рассеиваемую мощность, уменьшив входное напряжение до 3 вольт вместо 5 вольт (драйвер TSC427 включится при 2,4 вольт). Или обманывайте и используйте согласующий резистор 100 Ом, 200 Ом или даже 500 Ом! Помните, что сказал Эйнштейн …

Испытание макета ВЧ модулятора

Когда вы впервые опробуете модулятор, попробуйте его «ВКЛ» (не импульсный), чтобы убедиться, что усилитель работает (измерьте усиление усилителя для проверки).

Примечание 3: при подаче импульса ток стока уменьшается примерно на коэффициент заполнения импульса стока. При нагрузке 10% вы должны видеть, что постоянный ток составляет всего 7 мА.

Вы можете получить представление о времени нарастания РЧ, посмотрев на форму волны VD. Если время нарастания / спада составляет 5 наносекунд, RF тоже. Если время нарастания слишком велико (например, 50 нс), увеличьте емкость аккумулятора или сократите провода источника питания: возможно, 20 мкФ будет лучше, чем 4,7 мкФ.

Примечание 4: не забудьте проверить форму входного сигнала постоянного тока при включенном драйвере MOSFET , иначе он загрузит генератор импульсов и будет выглядеть некрасиво!

Последним доказательством того, что у вас есть хорошо модулированный сигнал, является включение детектора на выходе и отображение огибающей импульса на осциллографе.Убедитесь, что вы не превышаете максимальную входную мощность вашего детектора.

Примечание 5: вам, возможно, придется купить «высокоскоростной» детектор (например, от Krytar), чтобы детектор был достаточно быстрым для точного измерения характеристик импульса. Посмотрите на выходную емкость, указанную для детектора, 3 пФ будет в 10 раз быстрее, чем 30 пФ … Еще лучше, возьмите высокоскоростной осциллограф с дискретизацией и посмотрите на модулированный сигнал в реальном времени!

НАСА берет на себя проект …

Опять же, мы не можем отблагодарить вас, космические ковбои, за то, что отправили этот материал на Microwaves101!

Ниже приведены два изображения усилителя Hittite HMC462 и новой «дочерней платы», которые Джастин, Уэйн, Ромео и Грег изготовили для добавления драйвера MOSFET к усилителю.На первом фото показана проверка посадки перед сборкой, на втором — все смонтированные компоненты. Похоже, разъем MCX вводит импульсную команду, и есть крышка 4,7 мкФ, которая используется для хранения заряда. Ага, полярность кажется правильной! В этом случае они сняли керамический колпачок на 1000 пФ с дренажного соединения усилителя, но не добавили его обратно на стороне питания драйвера MOSFET. Рекомендуем ставить параллельно с танталовой крышкой 4,7 мкФ, это может помочь только резкость импульсов (но, возможно, незначительную).

Кстати, здесь используется усилитель HMC462, а не HMC463. Спасибо Джерри и Джастину за разъяснение этого вопроса!

Вот шасси, в которое ребята из НАСА установили деталь, которая содержит собственный источник питания 5 В постоянного тока (похоже, он был переработан из проекта семилетней давности, такое повторное использование всегда достойно восхищения). Хорошая работа: короткие провода источника питания и коаксиальная линия, идущая к импульсному входу, — еще одна хорошая вещь, которую вы, возможно, захотите скопировать, если попробуете это сами! Полужесткие кабели подводят и выводят ВЧ к разъемам SMA на передней панели.Родился поистине прекрасный макет!

Вот несколько эскизов коробки, которая была красиво помечена для потомков. Нажмите на них, и вы увидите увеличенное изображение.

Измеренные данные

Модулятор приводится в действие генератором импульсов HP 8112A 50 МГц, который настроен на 50 Ом (следовательно, согласующий резистор модулятора составляет 50 Ом). Вот снимок осциллографа входного импульса, модулированного напряжения стока и обнаруженного выхода с RF с выключенным .«Глюки» на обнаруженном выходе могут быть удалены с помощью фильтра верхних частот (который уже заказан).

Осциллографические измерения с использованием детектора

См. Нашу страницу об измерениях с помощью осциллографа, если вам интересна эта тема.

Канал 1 (желтый) = прямоугольная волна от функционального генератора к импульсному входу
Канал 2 (розовый) = импульсный РЧ-выход (без детектора)
Канал 3 (синий) = Выход драйвера

Как видите, есть один «всплеск», который возникает при включении усилителя, а другой — при выключении.Детектор не уловил импульс включения, потому что он положительный (или отрицательный). Спайки имеют высокую амплитуду, но относительно низкую частоту. Согласно анализатору спектра, кажется, что их частотные составляющие в основном находятся ниже 250 МГц и почти полностью исчезают на частоте 600 МГц. Поэтому не думаю, что они вызовут большие проблемы. Коаксиальный фильтр верхних частот на выходе должен это исправить.

Вот снимок обнаруженного выхода с включенным RF.Обратите внимание, что детектор вырабатывает отрицательное напряжение, это связано с тем, как диод детектора ориентирован (и это обычно так).

Размеры пробоотборника

Вот два снимка, снятых стробоскопическим осциллографом, на которых вы можете увидеть форму сигнала RF. Не так много лабораторного оборудования круче, чем высокоскоростной пробоотборник! На первом снимке вы можете увидеть задержку переключения около 20 нс и время нарастания, возможно, пять или десять наносекунд, в зависимости от того, где вы считаете, что это «включено».

Второй снимок увеличен, вы можете приблизительно определить радиочастоту, наблюдая, что за 1 деление (1,25 нс) он проходит через 3 цикла:

3 цикла / 1,25 нс = 2,4 ГГц

Хорошо, что это не была секретная презентация!

Измерения анализатора спектра

Вот график анализатора спектра, показывающий импульсный спектр на выходе во время «нормальной» импульсной работы. Этот снимок был подготовлен, чтобы почти повторить наш пример в разделе импульсных ВЧ-сигналов нашего обсуждения измерений анализатора спектра.Единственное отличие — амплитуда. Вот временные характеристики:

PW = 1 мкс (ширина импульса)
PRI = 20 мкс (интервал следования импульсов)

Обратите внимание, что 1 / PW — это расстояние между спектральными линиями (1 МГц), а 1 / PRI — это расстояние между минимумом меньших лепестков (1 МГц).

Измерение -20xlog (рабочий цикл) дает коэффициент десенсибилизации импульса 26 дБ (разница в величине пиковой выходной мощности и мощности главного лепестка). Мощность на входе представляет собой РЧ-сигнал -10 дБм, а мощность главного лепестка импульса можно увидеть на графике на уровне -23 дБмВт, где и должно быть.При коэффициенте уменьшения чувствительности 26 дБ:

Пиковая импульсная мощность = -23 дБм + 26 дБ = 3 дБм

Это правильно, потому что усилитель добавил 13 дБ к входному сигналу -10 дБм. Приятно, когда алгебра работает!

Изоляция включения / выключения

График ниже представляет собой измеренную изоляцию включения / выключения модулятора, измеренную на анализаторе цепей. Изоляция зависит от частоты (не все?), Обеспечивая изоляцию более 50 дБ на 2 ГГц и более 35 дБ на 20 ГГц.Это лучше, чем вы могли бы сделать с дешевым переключателем MMIC на момент создания модулятора (2006 г.). Если вам нужна лучшая изоляция включения / выключения, вам придется потратить больше денег и, возможно, построить дорогой гибрид с PIN-диодами и причудливой схемой драйвера. Защита на плате тоже станет головной болью.

На этом пока все, но мы продолжим добавлять на страницу, поскольку Джастин присылает нам больше данных …

Обновление, март 2006 г.

Джастин прислал нам дополнительную информацию о проекте модулятора, он становится все лучше и лучше.На днях Lazy Unknown Editor немного скомпилирует эту страницу, но сейчас пришло время Миллера!

«Наконец, я внес несколько изменений в импульсный ВЧ-модуль:
1. Заменил входной резистор прямоугольной формы 50 Ом на два дополнительных резистора 100 Ом. Каждый новый резистор имеет размер 1210 для поверхностного монтажа, поэтому вместе они могут занимать до 1 / 2 Вт. Теперь это нормально, если кто-то случайно использует на этом входе +5 В. Возможно, мне стоит поставить стабилитрон на 5,6 В для дополнительной защиты, но места сейчас не так много.
2. Подключите конденсатор 1000 пФ параллельно конденсатору 4,7 мкФ, как вы предложили.
3. Установлен коаксиальный рядный фильтр верхних частот. Это RLC electronics F-100-1500-2-R, 2-полюсный с отсечкой на 1,5 ГГц. Это стоило 320 долларов плюс немалый NRE, так что проект в итоге оказался сверх бюджета (в конце концов, это НАСА). Теперь, если кто-то еще захочет повторить эту работу, он может быть уверен, что сохранит честность RLC, если попытается повторно процитировать плату за NRE.

Я приложил обновленные графики, которые должны совпадать с графиками, которые я вам уже отправил.Теперь вы можете видеть, что глюки полностью исчезли благодаря высокочастотному фильтру. Я даже повернул ручку вольт / деление полностью вниз до 2 мВ / дел, и там ничего нет, когда РЧ отсутствует. Графики высокоскоростного осциллографа теперь выглядят чище, так как RF не компенсируется сбоями.

Время нарастания практически не изменилось с этим конденсатором на 1000 пФ. Я показываю, что это около 8,6 нс. Время спада действительно быстрое — около 2,4 нс! Это было скрыто раньше из-за этого сбоя.

Я также прислал две новые фотографии. Вы можете видеть, что нам пришлось переместить этот 4-контактный разъем Molex, чтобы освободить место для конденсатора на 1000 пФ.

Графики анализатора цепей и анализатора спектра, которые у вас есть, должны быть действительными. Надеюсь, теперь мы сможем назвать эту страницу завершенной! »

На этом изображении вы можете увидеть фильтр высоких частот:

Вот DC и RF импульсы, без RF:

Следующие два графика показывают время нарастания и спада для входного импульса 60 нс.Время нарастания измеряется при 8,6 нс:

Время спада измеряется при 2,4 нс:

«Я заметил, что импульсный радиочастотный спектр выглядел не совсем правильно при моих измерениях, поэтому я снова подключился к высокоскоростному осциллографу и узнал кое-что полезное: импульсный радиочастотный выход примерно на 15-20 нс длиннее, чем входной импульс 5В. Независимо от ширины входного импульса, существует постоянный «коэффициент растяжения» около 18 нс или около того. Я должен был заметить это раньше — вы даже можете увидеть это на графиках, которые я вам отправил с указанным напряжением драйвера.По какой-то причине этот драйвер немного медленно отключается. Я приложил еще один график, чтобы показать явление в импульсном радиочастотном выходе. Вы увидите, что мой входной импульс имеет ширину 60 нс, а выходной ВЧ длится около 78 нс. Похоже, мне нужно сделать новую этикетку для своей коробки!

В качестве примечания, график спектра, который у вас есть, немного отличается, так как у меня действительно было PW = 1.018 мкс. Я не скажу, если вы этого не сделаете. «

«Перфекционист во мне выиграл битву над ленивым. Вот новый график спектра с истинной шириной импульса 1 мкс (я использовал входной импульс 982 нс).Теперь эти нули попадают в правильные места «.

6. Импульсная работа радиопередатчиков. Устройства генерирования и формирования радиосигналов. Учебное пособие

6.1. Особенности работы радиопередатчиков короткими импульсами

6.2. Импульсная модуляция

6.3. Общие принципы работы импульсных модуляторов

6.3.1. Требования к импульсным модуляторам

6.3.2. Принципы генерирования мощных модулирующих импульсов

6.3.3. Коммутирующие устройства

6.3.3.1. Коммутирующие устройства на электронных лампах

6.3.3.2. Коммутирующие устройства на газоразрядных приборах

6.3. Общие принципы работы импульсных модуляторов. 6. Импульсная работа радиопередатчиков. Устройства генерирования и формирования радиосигналов. Учебное пособие

6.3.1. Требования к импульсным модуляторам

6.3.2. Принципы генерирования мощных модулирующих импульсов

6.3.3. Коммутирующие устройства

6.3.3.1. Коммутирующие устройства на электронных лампах

6.3.3.2. Коммутирующие устройства на газоразрядных приборах

6.3.3.3. Коммутирующие устройства на тиристорах

6.3.4. Накопители энергии

6.3.4.1. Применение конденсатора в качестве ёмкостного накопителя энергии

6.3.4.2. Линии с распределенными постоянными и искусственные линии как емкостные накопители энергии

Импульсный модулятор. Большая энциклопедия техники

Импульсный модулятор с частичным или полным разрядом накопителей энергии — PatentDB.ru

ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР НА «МЯГКОЙ» ЛАМПЕ

Обычно известны сопротивление нагрузки RАЭ и длительность радиоимпульса И.

МАГНИТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР (МИМ)

Подставляя одно в другое, получаем дифференциальное уравнение :

Импульсные модуляторы с тиратронным коммутатором

Формирование импульса напряжения отрезком длинной линии

ПЕРЕДАТЧИКИ С ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

— определение, типы, блок-схемы, ширина импульсной модуляции

Краткое обсуждение импульсной кодовой модуляции и демодуляции

Что такое импульсно-кодовая модуляция?

Теория импульсной кодовой модуляции

Выборка

Квантование

Кодирование

Демодуляция импульсного кода

Преимущества импульсно-кодовой модуляции

Использование широтно-импульсного модулятора UC3525 | Детали

Где взять 3525 чипов

Генерация сигналов ШИМ

Прецизионный источник напряжения

Усилитель ошибки

Осциллятор треугольной волны

Программируемое время простоя

Драйверы вывода

Плавный пуск и низкое напряжение

Собираем все вместе

Микроволны101 | Макетный радиочастотный модулятор

Выбор усилителя

Создание макета ВЧ модулятора

Предупреждение о согласующем резисторе

Испытание макета ВЧ модулятора

НАСА берет на себя проект …

Измеренные данные

Осциллографические измерения с использованием детектора

Размеры пробоотборника

Измерения анализатора спектра

Изоляция включения / выключения

Обновление, март 2006 г.

alexxlab

Вам также может понравиться

Дб 5 дробилка: Дробилка зерновая ДБ-5

Электролиз дистиллированной воды: совершенствование электролиза воды / Блог компании ua-hosting.company / Хабр

Добавить комментарий Отменить ответ