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

Импульсные модуляторы в зависимости от способа их построения и особенностей работы можно разделить на несколько групп, каждая из которых характеризуется определенными признаками. Основными признаками являются тип накопителя, тип коммутирующего прибора, характер заряда накопителя, место формирования модулирующего импульса. Главным из них следует считать тип накопителя, так как именно им определяется выбор всех элементов схемы импульсного модулятора. По типу накопителя энергии различают два основных вида модуляторов:

• с частичным разрядом накопительного конденсатора;
• с полным разрядом искусственной линии.

6.4.1. Модуляторы с частичным разрядом накопительного конденсатора

Импульсные модуляторы с частичным разрядом накопительного конденсатора весьма широко применяются в радиотехнических устройствах. Такие модуляторы формируют импульсы, близкие по форме к прямоугольным. В качестве коммутирующего прибора в них используются электронные лампы, которые являются безынерционными приборами. Это позволяет формировать импульсы с практически любой частотой следования. Кроме того, имеется возможность легко изменять длительность и частоту следования импульсов.

Рассмотрим два типа схем модуляторов с частичным разрядом накопительного конденсатора, предназначенных для модуляции магнетронного генератора – модулятор с шунтирующим нагрузку активным сопротивлением (рис.6.15а) и модулятор с шунтирующими нагрузку дросселем и параллельным ему диодом (рис.6.15б).

6.4.1.1. Схема модулятора с шунтирующим нагрузку активным сопротивлением

Рис. 6.15

На рис.6.15а пунктиром показаны паразитные емкости схемы. Паразитная ёмкость С₁ образована выходной емкостью монтажа, а паразитная емкость С₂ определяется входной емкостью генератора (магнетрона), емкостью монтажа и др.

Включенное последовательно с источником постоянного напряжения сопротивление R₁ является ограничительным, оно необходимо для того чтобы при открытом коммутаторе источник питания не нагружался его малым сопротивлением, поэтому величина R₁ должна быть достаточно большой. Однако, через это сопротивление происходит заряд накопительного конденсатора, поэтому при чрезмерном увеличении R₁ потребуется увеличение напряжения источника питания и понизится КПД зарядной цепи (см.6.3.4.1). Обычно R₁=(10-20)R_м, где R_м – статическое сопротивление магнетрона в рабочей точке, которое бывает порядка 1000 Ом. Сопротивление R₂ служит для создания цепи заряда накопителя, так как генератор СВЧ обладает односторонней проводимостью. Это сопротивление должно быть достаточно большим, чтобы ток через него был во много раз меньше рабочего тока генератора СВЧ; обычно R₂@ 10 R_м.

Сопротивление R₂ служит для создания цепи заряда накопителя, так как генератор СВЧ обладает односторонней проводимостью. Это сопротивление должно быть достаточно большим, чтобы ток через него был во много раз меньше рабочего тока генератора СВЧ. Работа схемы происходит следующим образом. Во время паузы между импульсами модуляторная лампа заперта большим отрицательным напряжением E_g. В это время накопительный конденсатор С заряжается от источника постоянного напряжения Е через сопротивления R1 и R2, и напряжение на нем U_c возрастает до U_cmax (рис.6.16а). При этом паразитная емкость C₁ заряжается через сопротивление R₁ от источника питания Е. К концу паузы между импульсами напряжения на накопительном конденсаторе C и на паразитной емкости С₁ достигают величин, близких к Е, а напряжение на магнетроне почти равно нулю. С приходом на управляющую сетку модуляторной лампы положительного прямоугольного импульса от подмодулятора (рис.6.16б) модуляторная лампа отпирается, и через нее протекают токи разряда накопительного конденсатора С и паразитной емкости С₁, а также ток от источника питания Е через ограничительное сопротивление R₁.

Рис.6.16

Накопительный конденсатор вначале разряжается через модуляторную лампу, паразитную емкость С₂ и сопротивление R₂. При этом паразитная емкость С₂ быстро заряжается, и напряжение на магнетроне нарастает от нуля до порогового напряжения Е₀. Время нарастания напряжения на магнетроне от нуля до порогового значения называется длительностью фронта импульса напряжения модулятора t_ф0. С того момента, когда напряжение на магнетроне достигает порогового значения, разряд накопительного конденсатора происходит через магнетрон, модуляторную лампу, а также через паразитную емкость С₂ и сопротивление R₂. При этом напряжение на магнетроне быстро увеличивается от порогового Е₀ до его значения Е_а в рабочей, а ток магнетрона нарастает от нуля до значения I_a0 в рабочей точке. Время нарастания тока магнетрона от нуля до значения I_a0 называется длительностью фронта импульса тока магнетрона t_фi (рис.6.16в).

Вследствие разряда накопительного конденсатора напряжение на магнетроне после достижения максимума, равного Е_а, начинает медленно уменьшаться и к концу импульса подмодулятора снижается на небольшую величину DЕ_а; при этом и ток магнетрона уменьшается на величину DI_a (рис.6.16в). Время, в течение которого напряжение на магнетроне изменяется на величину DЕ_{а ,} называется длительностью плоской части (вершины) импульса модулятора t.

После окончания действия положительного импульса подмодулятора модуляторная лампа снова оказывается запертой большим отрицательным напряжением на сетке E_g. С этого момента возобновляются процессы заряда накопительного конденсатора и паразитной емкости С₁, и начинается разряд паразитной емкости С₂. Вначале емкость С₂ разряжается через магнетрон и сопротивление R₂, а также через источник питания Е, ограничительное сопротивление R₁ и накопительный конденсатор С (рис.6.15б). При этом напряжение на магнетроне быстро уменьшается до порогового значения Е₀ , после чего ток магнетрона становится равным нулю. Время спада тока магнетрона от его величины в конце плоской части импульса до нуля называется длительностью спада импульса тока магнетрона t_ci (рис.6.16в). После того, как напряжение на магнетроне стало равным пороговому, а ток магнетрона стал равным нулю, разряд емкости С₂ происходит только через сопротивление R₂ и через источник питания Е, сопротивление R₁ и накопительный конденсатор. Напряжение на магнетроне при этом спадает от величины Е₀ до нуля (рис.6.16в). Время спада напряжения магнетрона от величины Е₀ до нуля называется длительностью спада напряжения модулятора t_с0. Таким образом, длительность импульсов модулятора определяется длительностью импульсов, поступающих на управляющую сетку модуляторной лампы от подмодулятора. При этом, даже в случае, когда импульсы подмодулятора имеют идеально прямоугольную форму, импульсы модулятора будут иметь форму, отличную от прямоугольной.

Рассмотрим основные количественные соотношения, при этом будем считать, что нагрузка модулятора (магнетрон) выбрана.

Ёмкость накопительного конденсатора определяется формулой (6.3), а максимальное напряжение на накопительном конденсаторе - формулой (6.2), где

R_з = R₁ +R₂.

Длительность фронта импульса напряжения равна:

t_ф0 = R₀C₀ln (). (6.10)

Здесь E₀= U_н - напряжение на нагрузке (на магнетроне) при t = t_ф0, R₀=,

R= , R'_i - динамическое сопротивление модуляторной лампы на рабочем участке характеристики, С₀= С₁+С₂ - общая паразитная емкость модулятора, I_amax - максимальное значение анодного тока через модуляторную лампу. Длительность фронта импульса напряжения можно оценить и по приближенной формуле:

t_ф0 » 1,1×(Е_аС₀)/I_amax. (6.10’)

Длительность спада импульса напряжения:

t_с0 = 3RC₀ , (6.11)

где

R ³ 10 R_M . (6.12)

Здесь R_М - статическое сопротивление магнетрона в рабочей точке, которое бывает обычно порядка 1000 Ом, а полная паразитная емкость модулятора C₂, как правило, лежит в пределах 100-200пФ, поэтому согласно выражению (6.9) t_c0=6мкс. Такая большая длительность спада импульса напряжения на магнетроне может оказаться недопустимой. Для получения меньшей длительности спада импульсов напряжения вместо сопротивления R2 параллельно магнетрону ставят дроссель и диод (рис.6.15б).

Следует иметь в виду, что суммарный анодный импульсный ток I_a, протекающий через лампу равен:

I_a = I₁+ I₂ + I_а0 ,

где I₁ - ток от источника анодного напряжения лампы, I₂ - часть разрядного тока через зарядное сопротивление R₂ при работе магнетрона, I_а0 - анодный ток магнетрона в импульсе.

Наибольшее напряжение на лампе в импульсе равно:

e_аmax= e_amin + Е_а ,

где e_amin- падение напряжения лампе в рабочей точке (рис.6.7), Е_а - напряжение на выходе модулятора (на магнетроне). Для повышения надежности при выборе модуляторной лампы рекомендуется брать запас по току не менее 15%, а по напряжению - не менее 20%.

6.4.1.2. Схема модулятора с шунтирующими нагрузку дросселем и диодом

Изображенная на рис 6.15б полная схема модулятора с шунтирующими магнетрон дросселем и диодом (с учётом паразитных ёмкостей) в отличие от предыдущей обеспечивает малую длительность спада модулирующего импульса. Рассмотрим физические процессы в схеме модулятора при наличии индуктивности L в зарядной цепи. Здесь накопительный конденсатор С заряжается от источника питания Е через сопротивление R₁, диод D и дроссель L. Поскольку заряд протекает медленно, индуктивность L не оказывает влияния на этот процесс. Можно считать, что напряжение на магнетроне в интервале между импульсами подмодулятора равно нулю. С приходом положительного импульса на сетку модуляторной лампы она открывается, и начинается формирование фронта импульса напряжения на нагрузке. При этом, как и в предыдущей схеме, паразитная емкость C₁ разряжается, а паразитная емкость C₂ заряжается, и напряжение на ней растет. Влияние индуктивности L и здесь незначительно, так как за время фронта импульса ток не успевает сколько-нибудь заметно нарасти.

Во время действия плоской части импульса напряжение на нагрузке снижается, что обусловлено, во-первых, частичным разрядом накопительного конденсатора С, а во-вторых, нарастанием тока в катушке индуктивности L (рис.6.17б).

Рис.6.17

В начале импульса этот ток равен нулю, так как накопительный конденсатор заряжен. За малое время фронта ток не успевает заметно измениться. При достижении напряжения на нагрузке значения Е_а ток i_L в дросселе начинает практически линейно расти (рис.6.17) по закону:

i_L≈ ,

где r_L- активное сопротивление дросселя. Так как << 1, то к концу импульса он становится равным:

I_Lmax@ (6.13)

Таким образом, форма вершины импульса в этой схеме зависит не только от величины емкости накопительного конденсатора, но и от величины индуктивности L – чем она больше, тем меньше снижение плоской вершины модулирующего импульса.

После окончания импульса подмодулятора лампа запирается, и паразитная емкость C₂ начинает разряжаться. Когда напряжение на магнетроне становится меньше порогового E₀, магнетрон прекращает работать, то есть R_М=¥. После этого за счет запаса электромагнитной энергии в индуктивности L и паразитной емкости C₀ в схеме возникает переходный процесс. Так как характеристическое сопротивление r параллельного контура, образованного индуктивностью L и полной паразитной емкостью схемы C₀ (рис.6.15в), всегда намного меньше параллельных ему сопротивлений запертых диода и магнетрона, то переходный процесс имеет колебательный характер, и спад импульса получается очень крутым, что весьма благоприятно. Если бы диода в схеме не было, этот колебательный процесс продолжался бы достаточно долго (по пунктирной линии рис.6.17а), причем, можно показать, что амплитуда колебаний превышает величину анодного напряжения Е_а, что недопустимо.

Диод Д в схеме рис.6.15в включен таким образом, что во время первого полупериода колебательного напряжения, возникающего вслед за основным импульсом (и имеющего обратную полярность), он проводит и шунтирует контур LC₀ своим малым внутренним сопротивлением R_iд. Если внутреннее сопротивление диода меньше характеристического сопротивления параллельного контура образованного L и C₀ , то оно шунтирует этот контур, переходный процесс становится апериодическим, и напряжение на контуре быстро спадает до нуля по экспоненте (на рис.6.17а это показано сплошной линией).

При формирование плоской вершины импульса ток через индуктивность L достигает заметной величины, которая в конце плоской части импульса становится равным I_L=()t. Поэтому в модуляторе с дросселем и диодом относительное изменение напряжения и тока магнетрона во время плоской части импульса больше, чем в схеме модулятора с шунтирующим магнетрон активным сопротивлением. Это является недостатком схемы модулятора с дросселем и диодом. Наибольший за время импульса ток через дроссель I_Lmax должен быть намного меньше тока магнетрона. Обычно принимают

I_Lmax=(0,005¸0,10) I_ao .

Тогда:

L=(10¸20) R_мt (6.14)

Спад модулирующего импульса можно разбить на три участка. На первом участке напряжение на магнетроне при уже закрытой модуляторной лампе спадает от значения (Е_а - DЕ_а) в конце вершины до Е₀, после чего магнетрон прекращает работать. Это время спада импульса тока магнетрона t_ci. На этом участке, когда модуляторная лампа уже закрыта, а магнетрон еще работает, паразитная емкость С₂ разряжается главным образом через магнетрон, так как токи через сопротивление R₁ и дроссель L малы по сравнению с током магнетрона. Длительность спада импульса тока магнетрона оказывается такой же, как в схеме с шунтирующим магнетрон активным сопротивлением.

На втором участке напряжение на магнетроне спадает от Е₀ до нуля. И магнетрон, и диод при этом не работают. На этом участке спада модулирующего импульса паразитная емкость С₂ разряжается в основном через дроссель L. Как указывалось выше, здесь в схеме имеет место колебательный процесс.

На третьем участке напряжение на магнетроне меняет знак, и диод проводит ток. Здесь разряд должен иметь апериодический характер, поэтому величина внутреннего сопротивления диода должна удовлетворять неравенству

R_iд< . (6.15)

Схема модулятора с дросселем и диодом может обеспечить длительность спада модулирующего импульса t_c0 = (0,1 – 0,2)t. Однако из-за диода увеличивается паразитная емкость C₂ и усложняется схема модулятора. Поэтому иногда вместо диода последовательно с дросселем включают активное сопротивление R. При этом послеимпульсный колебательный процесс в контуре LC₀R сохраняется, однако амплитуда колебаний невелика и имеет резко выраженный затухающий характер.

Если принять, что ток через дроссель в течение времени t»t нарастает линейно, то его эффективное значение может быть вычислено с достаточной степенью точности по формуле:

I_Leff @

Режим работы магнетрона контролирует прибор, измеряющий среднее значение импульсного тока. Этот прибор включают так, как показано на рис.6.15г, где этот прибор измеряет зарядный ток, равный среднему значению импульсного тока магнетрона. В самом деле, за время заряда t_зар @ Т накопительный конденсатор приобретает заряд Dq_зар = CU_c. Среднее значение зарядного тока равно:

i_зар.ср.=

Среднее значение импульсного тока магнетрона (если импульс имеет прямоугольную форму) равно:

i_м.ср. = ,

где I_a - ток магнетрона в импульсе. Но I_at = q_зар, так как во время импульса накопитель отдает весь приобретенный во время паузы заряд. Емкость блокировочного конденсатора С_бл (рис.6.15г) выбирают так, чтобы его сопротивление Х_сбл на частоте F было намного меньше сопротивления r_пр рамки прибора, т.е. 1/Ωt << r_пр.

Модуляторная лампа здесь выбирается так же, как в схеме с резистором в зарядной цепи.

6.4.1.3. Подмодулятор

Для управления электронным коммутатором применяются специальные устройства, называемые подмодуляторами, в которых формируются импульсы напряжения определенной амплитуды, формы и мощности, подаваемые затем на управляющую сетку коммутаторной лампы. Форма этих импульсов должна быть близка к прямоугольной. Длительность и частота следования импульсов подмодулятора определяют длительность и частоту следования модулирующих импульсов. В большинстве случаев основным каскадом подмодулятора является заторможенный блокинг-генератор, хотя в принципе может быть использована любая из многочисленных импульсных схем. В состав подмодулятора могут также входить усилительные, согласующие и развязывающие каскады.

Исходными данными для расчета подмодулятора являются требования к импульсу, отпирающему коммутаторную лампу, и к стабильности длительности и частоты следования импульсов. Длительность импульса подмодулятора обычно принимается t_п @ t_ф0 + t_ci + t (см. рис.6.16а и 6.16б). Так как t_ci << t_ф0 , а t_ф0 @0,1t, то t_п @ 1,1t. Расчет подмодулятора сводится к расчету отдельных каскадов типовых импульсных схем – блокинг-генераторов, усилителей, катодных повторителей и т.п.

6.4.2. Модуляторы с полным разрядом искусственной линии

Рис.6.18

В импульсных модуляторах с полным разрядом ёмкостного накопителя - искусственной линии - в качестве коммутатора используются ионные приборы, главным образом, водородные тиратроны. Мы рассмотрим наиболее распространенную схему модулятора с одинарной искусственной линией в качестве накопителя (рис.6.18).

6.4.2.1. Колебательный заряд линии от источника постоянного тока

Для повышения КПД зарядной цепи искусственных линий, используемых в качестве ёмкостных накопителей энергии и работающих в режиме полного разряда, в этой схеме использован колебательный заряд линии от источника постоянного тока, который мы и рассмотрим. Поскольку заряд искусственной линии происходит во время пауз между импульсами сравнительно медленно, то влияние индуктивных элементов линии на процесс заряда незначительно. Поэтому можно считать, что во время заряда искусственная линия представляет собой емкость , которая для цепочечной линии (рис.6.13) равна сумме емкостей конденсаторов, всех ячеек. Тогда упрощенную эквивалентную схему заряда искусственной линии для рассматриваемого случая можно представить так, как это показано на рис.6.19а, где - зарядный дроссель, Е - источник питания, а - суммарные потери в зарядной цепи. Дифференциальное уравнение для зарядного тока имеет вид:

Е =,

здесь E^’ – напряжение, которое в общем случае могло остаться на линии, оно может быть как положительным, так и отрицательным, Е^’= , где q₀ – остаточный заряд на линии при t=0.

Параметры зарядной цепи выбираются так, чтобы заряд был колебательным. Это имеет место при условии:

r_З < 2ρ_з , (6.16)

где ρ_з– волновое сопротивление зарядной цепи6 ρ_з == ω₀L_з =.

При колебательном заряде линии зарядный ток равен:

, (6.17)

где - декремент затухания цепи, . Напряжение на формирующей линии равно:

U_c= E^’ +.

Обычно d<<w₀ , поэтому напряжение на формирующей линии можно представить выражением

(6.18)

Если линия нагружена сопротивлением, равным волновому, то и

(6.19)

На рис.6.19б показаны графики изменения зарядного тока и напряжения на линии при колебательном заряде. Первый максимум напряжения имеет место при , то есть при , где - период свободных колебаний за рядной цепи. Желательно, чтобы коммутирующий прибор производил коммутацию в момент времени, когда напряжение на накопителе имеет максимальное значение. Для этого период следования коммутирующих импульсов Т должен быть равен половине периода свободных колебаний зарядной цепи:

Отсюда определяется индуктивность зарядного дросселя:

, (6.20)

где F - частота следования импульсов.

Рис.6.19

Если величина индуктивности зарядного дросселя выбрана правильно, то напряжение на накопителе в момент коммутации, когда t=0,5T_з, будет максимальным:

, (6.21)

где = ρ_з/r_з - добротность зарядной цепи. Обычно , поэтому максимальное напряжение на накопителе , то есть почти вдвое больше напряжения источника питания. Это увеличение напряжения объясняется тем, что к концу первой четверти периода собственных колебаний, когда зарядный ток достигает максимума, а напряжение на линии – приблизительно напряжения источника питания (рис.6.19б), индуктивности зарядного дросселя запасается энергия . Эта энергия поддерживает дальнейшее протекание тока заряда в течение следующей четверти периода собственных колебаний, напряжение на накопителе продолжает увеличиваться до величины , пока не израсходуется вся энергия, запасенная в индуктивности , и зарядный ток не изменит своего направления.

КПД зарядной цепи равен:

η_з= ,

где W_ист – энергия, отданная источником питания накопителю – линии – в процессе заряда, W_с - энергия, запасенная накопителем.

W_ист= ЕEq_зар,

Здесь q_зар – заряд, полученный накопителем от источника.

W_с = 0,5С_лU_cmax.

Тогда

η_з =

Обычно Q_зар=10–20, при этом η_з = 0,92–0,96. Таким образом, при колебательном заряде линии от источника постоянного тока КПД зарядной цепи достаточно высок.

6.4.2.2. Схема модулятора с зарядным диодом

Для получения стабильной величины напряжения заряда накопителя требуется высокая точность срабатывания коммутирующего прибора. В схеме модулятора, изображенной на рис.6.18, в зарядной цепи последовательно с зарядным дросселем включен диод Д₁, благодаря которому разряд накопителя будет происходить всегда при одном и том же напряжении, равном максимальному напряжению . Напряжение на накопителе достигает максимального значения при t=T_з/2. При t>T_з /2 зарядный ток изменяет направление на обратное. Так как диод не пропускает тока обратного направления, то разряд накопителя через источник питания при t>T_з/2, невозможен, и напряжение на накопителе остается неизменным и равным вплоть до момента коммутации. Для того чтобы коммутация происходила всегда после того, как напряжение заряда накопителя достигнет максимального значения, обычно принимают равным (0,8¸0,9)Т, поэтому в схеме с фиксирующим диодом индуктивность зарядного дросселя L_з вычисляют по формуле:

(6.22)

Уменьшение индуктивности зарядного дросселя по сравнению с величиной, определяемой формулой ( 6.20) , нежелательно, так как при этом напряжение на линии будет нарастать чересчур быстро и может достигнуть значительной величины раньше, чем произойдет полная деионизация тиратрона. В этом случае возможно повторное зажигание тиратрона задолго до появления на его сетке поджигающего импульса.

Схема модулятора с фиксирующим диодам позволяет изменять частоту следования импульсов. Если период следования импульсов изменяется в пределах от до , то параметры зарядной цепи следует подобрать так, чтобы выполнялось условие . КПД зарядной цепи в схеме с фиксирующим диодом

несколько ниже, так как при включении диода снижается добротность зарядной цепи Q_зар.

Цепь разряда накопителя

Цепь разряда накопителя в схеме рис.6.18 содержит искусственную линию, коммутирующий прибор и нагрузку - генератор СВЧ. В тех случаях, когда в качестве генератора СВЧ используется магнетрон, связь модулятора с генератором осуществляет с помощью выходного импульсного трансформатора.

Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор согласует низкоомное выходное сопротивление

модулятора, равное волновому сопротивлению линии r, с высокоомным входным сопротивлением генератора СВЧ, которое в данном случае принимается равным статическому сопротивлению магнетрона в рабочей точке R_М. Поэтому коэффициент трансформации импульсного трансформатора должен быть равен:

n_и = (6.23)

Для неискаженной трансформации модулирующего импульса величина n_и должна на быть не более пяти. То обстоятельство, что импульсный трансформатор является повышающим, позволяет понизить напряжение источника питания. Кроме того, трансформатор изменяет полярность модулирующего импульса, то есть знак выходного напряжения относительно земли.

Искусственная линия

При выборе числа ячеек N накопительной линии необходимо учитывать возможное искажение формы импульса при его трансформации, поэтому, принимая во внимание (6.8), N рассчитывают по формуле:

N=0,4 , (6.24)

где k=0,5¸0,8.

Цепи коррекции формы импульса

1. Согласующая цепь

Во время формирования фронта модулирующего импульса, когда напряжение на магнетроне еще не достигло величины порогового , искусственная линия разряжается на рассогласованную нагрузку, поскольку сопротивление магнетрона бесконечно велико. При этом в начальной части модулирующего импульса получится значительный выброс, что может привести к перенапряжению в схеме и нарушению стабильной работы. Для обеспечения постоянства нагрузки модулятора при формировании фронта и начальной части вершины импульса на выходе модулятора включается согласующая цепь R₁C₁. При включении этой цепи со стороны первичной обмотки (рис.6.18) сопротивление R₁ должно быть равно волновому сопротивлению искусственной линии:

(6.25)

Емкость конденсатора C₁ выбирается такой величины, чтобы время установления напряжения на нем равнялось времени формирования фронта модулирующего импульса. Если принять , то при этом

(6.26)

2. Цепь снятия послеимпульсного напряжения.

Для уменьшения амплитуды послеимпульсного выброса (обусловленного энергией, накопленной в импульсном трансформаторе) в модуляторах используют специальные цепи. На схеме рис.6.18 показана простейшая цепь снятия послеимпульсного напряжения, состоящая из диода Д₃ и сопротивления R₃. Работа этой цепи аналогична работе диода в рассмотренной выше схеме модулятора с частичным разрядом накопительного конденсатора и параллельными нагрузке дросселем и диодом. Полное активное сопротивление цепи снятия послеимпульсного напряжения должно быть такой величины, чтобы по окончании действия основного импульса переходный процесс в паразитном контуре , где L_m - индуктивность намагничивания импульсного трансформатора, был апериодическим. Для этого требуется, чтобы

, (6.27)

где R_iд3- внутреннее сопротивление диода Д₃; сопротивление R₃ ставится для уменьшения тока через диод.

3. Цепь снятия напряжения перезаряда линии.

Рис.6.20

Нарушение режима согласования выхода модулятора со входом генератора сказывается главным образом на форме модулирующего импульса и на его величине. Выше было показано, что если сопротивление нагрузки меньше волнового сопротивления линии напряжение на нагрузке имеет знакопеременный характер (рис.6.21в). При работе на рассогласованную нагрузку напряжение на линии при колебательном заряде описывается уравнением (6.18) :

.

В момент коммутации, то есть при , напряжение на линии . Так как при ( R’_г - приведённое к первичной обмотке импульсного трансформатора сопротивление генератора СВЧ) остаточное напряжение на линии отрицательно, то максимальное напряжение на линии равно:

Из формулы (6.6) следует, что при разряде линии на рассогласованную нагрузку остаточное напряжение равно:

,

поэтому при искрении магнетрона, когда , и . Если рассогласование остается и в последующие периоды работы, то напряжение на линии будет увеличиваться (рис.6.20), что может привести к выходу из строя элементов модулятора. Для устранения этого явления используется цепь снятия напряжения перезаряда линии, которая состоит из диода Д₂ и добавочного сопротивления R₂, включенных на входе формирующей линии (рис.6.18). При нарушении согласования эта цепь должна за короткий интервал времени t_сн разрядить линию и обеспечить нормальные начальные условия для следующего зарядного цикла. Время t_сн должно составлять 1-2% времени заряда линии, которое приблизительно равно периоду следования импульсов Т. Если время перезаряда линии t_сн принять равным 3(R_iД2 +R₂) C_д , то

, (6.28)

где R_iД2 - внутреннее сопротивление диода Д₂ , - полная емкость линии. Величина сопротивления R₂, выбирается так, чтобы ток через диод Д₂ был не больше допустимого.

Подмодулятор

Управление ионным коммутатором осуществляется подмодулятором, который в данном случае является генератором поджигающих импульсов. Для поджига водородного тиратрона требуется импульс положительной полярности с амплитудой напряжения до нескольких сотен вольт. Форма поджигающего импульса значения не имеет, к ней предъявляется лишь требование достаточно большой крутизны фронта для уменьшения разброса во времени зажигания водородного тиратрона. Требования к поджигающему импульсу (амплитуда выходного напряжения и выходного тока, длительность импульса t_ип и скорость нарастания фронта) приводятся в паспорте тиратрона.

Генератор поджигающих импульсов водородных тиратронов обычно имеет на выходе катодный повторитель. Между катодным повторителем и тиратроном включают фильтр нижних частот, частота среза которого равна f_ср= 1/ t _ип.

Цепи питания магнетрона

Для того, чтобы вторичная обмотка трансформатора накала магнетрона не находилась под высоким импульсным напряжением, в схеме на рис.6.18 модулирующее напряжение подается на магнетрон через трансформатор с двумя вторичными обмотками, которые по импульсному напряжению соединены параллельно конденсатором С₁ (клеммы 1 и 2) и конденсаторами С₂ и С₃ (клеммы 3 и 4). Причем, клеммы 3 и 4, а следовательно, и клеммы 5 и 6 накального трансформатора, по импульсному напряжению соединены с корпусом, поэтому максимальный потенциал вторичной обмотки по отношению к корпусу практически равен амплитудному значению напряжения накала магнетрона. Особенностью такой схемы является то, что по вторичной обмотке импульсного трансформатора протекает ток накала магнетрона . Конденсатор С₁ предназначен для устранения возможного неравенства импульсного напряжения между секциями вторичной обмотки импульсного трансформатора. Его емкость должна быть выбрана так, чтобы он имел достаточно большое сопротивление для тока накала магнетрона. Обычно C₁»1 мкФ. Емкость конденсаторов С₂ и С₃ должна быть такой, чтобы напряжение DU, нарастающее на этих конденсаторах за время импульса магнетрона, не могло вызвать пробоя в накальном трансформаторе; DU принимают равным 50В. Через каждую из половин вторичной обмотки импульсного трансформатора протекает половина импульсного тока магнетрона i=0,5I_a. Емкости С₂ и С₃ определяются формулой:

(6.29)

Конденсатор С₄ предохраняет прибор, измеряющий среднее значение тока магнетрона I_aср= I_a/q, где q - скважность, от переменных составляющих импульсного тока, эффективное значение которых I_aeff= I_a/, т.е. в раз больше среднего значения. Емкость этого конденсатора выбирают так, чтобы его сопротивление для составляющей с частотой F было во много раз меньше сопротивления рамки прибора, контролирующего средний ток магнетрона.