Процессы в схеме с емкостным накопителем энергии рассмотрим на примере эквивалентной схемы (рис. 20.3).

В промежутке между импульсами накопительная емкость СН заряжается от источника Е через резисторы R1 и R2, которые определяют время ее заряда. На время τ замыкается ключ К и емкость СН разряжается на генератор VL1. Во время разряда R1 ограничивает ток источника питания через замкнутый ключ.

Возможны режимы полного и частичного разряда емкости. При полном разряде на нагрузке формируется импульс «треугольной» формы. Такой режим обычно не используется. Как правило, используется режим частичного разряда емкости, что позволяет получить на нагрузке модулятора импульс напряжения, близкий по форме к прямоугольному.

Импульсные модуляторы с частичным разрядом емкости

Схема ИМ с частичным разрядом емкости приведена на рис. 20.4.

Рис. 20.4

Модулятором (ключом) является электронная лампа VL1. В промежутке между импульсами лампа заперта смещением ЕС, а накопительная емкость СН заряжается по цепи R1, CН, R2 током iЗАР. С приходом импульса, открывающего модуляторную лампу, потенциал ее анода падает и левая обкладка накопительной емкости «подсоединяется» к аноду генераторной лампы VL2.

Происходит частичный разряд накопительной емкости через генераторную и модуляторную лампы. Если сопротивление модуляторной лампы близко к нулю, все напряжение, до которого заряжена накопительная емкость, будет являться напряжением анодного питания для генераторной лампы.

Длительность модулирующего импульса определяется временем открытого состояния модуляторной лампы, то есть длительностью импульса напряжения uС на ее сетке. Графики напряжений в схеме ИМ определяются как формой напряжения uС, так и процессами перезаряда паразитных емкостей схемы и разрядом накопительной емкости (рис. 20.5).

137

Рис. 20.5

Оценим энергетические характеристики импульсного модулятора. При заряде накопительной емкости часть энергии источника питания бесполезно расходуется на сопротивлениях R1 и R2, а при разряде – на внутреннем сопротивлении открытой модуляторной лампы и на сопротивлении R2. Определим КПД зарядной и разрядной цепи модулятора.

При заряде источник отдает энергию W, которая делится между зарядными сопротивлениями и накопительной емкостью. При разряде накопительная емкость отдает энергию WН генератору. Энергии, полученная емкостью от источника питания за время паузы между импульсами, и отданная генератору, равны.

Подставив соотношения (20.2), (20.3) и (20.4) в формулу (20.1), получим

138

КПД разрядной цепи не превышает величины 0,8. При разряде накопительной емкости около 10% энергии теряется на внутреннем сопротивлении модуляторной лампы и столько же на сопротивлении R2. Общий КПД модулятора равен 0,7 – 0,75.

Процесс формирования фронта и спада напряжения на генераторной лампе

Если считать модуляторную лампу безынерционным элементом, то после скачка напряжения на ее сетке также скачком установится ее анодный ток I1 в соответствии с рис. 20.6. Источником этого тока является накопительная емкость. Так как паразитные емко-

сти схемы СВЫХ М, СВЫХ Г и СМ перезарядиться мгновенно не могут, в момент

времени t = 0 напряжения на катоде генераторной лампы и на аноде модуляторной лампы не изменятся. Весь ток модуляторной лампы в этот момент расходуется на перезаряд паразитных емкостей. С течением времени напряжения на паразитных емкостях будут возрастать и начнут увеличиваться токи через генераторную лампу, через резисторы R1, R2. Эти про-

цессы описывают формирование фронта импульса напряжения на аноде генераторной лампы и соответствуют схеме замещения рис. 20.7.

На рис. 20.7 приняты обозначения Ri - внутреннее сопротивление модуляторной лампы;

RГ = Еа ИМП / Iа0 ИМП – сопротивление генератора постоянному току; СП = СВЫХ М + СВЫХ Г + СМ – паразитная емкость ИМ.

График напряжения на катоде генераторной лампы (на паразитной емкости) определяется дифференциальным уравнением первого порядка и является экспонентой (рис.

20.8). Длительность фронта, отсчитываемую по уровням 0,1 - 0,9, определяют по приближенному соотношению

Во время формирования фронта рабочая точка перемещается по статической характеристике модуляторной лампы из точки «1» в точку «2». Затем начинается формирование плоской части импульса. Накопительная емкость частично разряжается от UC МАКС до UC МИН, рабочая точка перемещается из точки

139

«2» в точку «3». Что же произойдет, если мы повысим величину импульса UС? Увеличится ток, которым перезаряжаются паразитные емкости, следовательно, должно сократиться время фронта. Рассмотрим схему (рис. 20.8), на которой источник тока (рис. 20.7) заменен на эквивалентный генератор ЭДС Е = IR.

Большему значению UС соответствуют большие значения I1′ и E′ .

Рис. 20.8

Из временных диаграмм видно, что время фронта (τ′ Ф < τФ) сократилось. Этот процесс называется форсированием фронта. Однако на длительность спада повлиять таким образом нельзя и, кроме того, форсирование уменьшает коэффициент усиления модуляторной лампы и ее КПД.

Для расчета времени спада используют те же соотношения (20.5) и (20.6) с учетом того, что модуляторная лампы закрыта и Ri = ∞. Следовательно, длительность спада всегда больше длительности фронта.

Формирование плоской части импульса

Если нагрузкой модулятора является автогенератор или ГВВ на металлокерамической лампе, можно считать, что его сопротивление постоянному току не зависит от напряжения на нем RГ ¹ f (Ea ) . Цепь разряда описывается линейной схе-

мой замещения с постоянными элементами (рис. 20.9). Постоянная времени цепи разряда равна

Зависимость напряжения на аноде генераторной лампы от времени определяется соотношением

140