Усилитель мощности миллиметрового диапазона длин волн (стр. 8 из 13)
В системах с высокой частотой повторения (сотни кГц) низковольтное управление может оказаться предпочтительнее в силу квадратичной зависимости энергии перезаряда паразитных емкостей от модулирующего напряжения.
Вариант исполнения - по рисунку 3.6.б). В качестве ключей используются модуляторные лампы. Конкретный тип лампы определяется в результате расчета, но предварительно это будет либо тип, упоминающегося в разделе 2 лучевого триода, либо генераторный триод с плоской электродной системой.
Развязывающее устройство выполняется по варианту “пичковый запуск”. Функциональная схема модулятора приведена на рисунке 3.7. Работа схемы ясна из пояснений к рисунку, отметим лишь, что к “плавающей платформе” относятся: катод и сетка К1, анод К2, сетка ЛБВ, ТФ+, ИП+, вторичные обмотки Тр1, накальная цепь К1. К этим элементам предъявляются требования дополнительной электропрочности и малой емкости относительно других элементов. Достоинством ламповых модуляторов является надежность ламп при возникновение переходных процессов в высоковольтных цепях питания. К недостаткам следует отнести большие значения паразитных емкостей источников питания, необходимость создания цепей накала. Работа ламп при перезаряде емкостей с сеточными токами затрудняет использование импульсных трансформаторов для формирования управляющих импульсов большой длительности, и требует применения усилителей на входе лампы.
1. В качестве ключей используются полевые транзисторы.
В настоящее время допустимые напряжения сток – исток полевых транзисторов составляют 600 - 700 В. Поэтому в модуляторе необходимо последовательное включение не менее трех транзисторов. Отсутствие токов затвора упрощает формирование управляющего напряжения импульсным трансформатором. Схема требует надежной защиты транзисторов при возникновении переходных процессов в высоковольтных цепях источника питания.
Применение волоконно-оптической линии при построении модулятора.
Волоконно-оптические линии связи находят свое применение в различных областях науки и техники, так как обладают рядом достоинств; широкополосностью, малыми габаритами и весом, помехоустойчивостью, не подвержены электромагнитным влияниям. обладают возможностью электрического разделения передающего и приемного оборудования. Оптическая линия предназначена для управления высоковольтными ключами и осуществляет оптическую развязку схемы управления и импульсных ключей, предназначенных для формирования коротких высоковольтных импульсов. Структурная схема оптической линии (рис.3.8) состоит из передающего оптического модуля (ПОМ),оптического разветвителя (ОР) и 4-х приемных оптических модулей (ПрОМ).
 |
Рисунок 3.8 - Структурная схема оптической линии.
Сигнал управления подается на передающий оптический модуль, где происходит преобразование электрического сигнала в оптический.
 |
Рисунок 3.9 - Принципиальная схема передающего модуля
Принципиальная схема передающего модуля приведена на рисунке 3.9. Модуль выполнен на основе светодиода фирмы Неw1еtt Расkard (HFBR-1412T), который обеспечивает передачу в линию среднюю мощность-13дБм.Сигнал с уровнем ТТЛ подается на микросхему типа 1554ЛИТ ( или другую подобного типа), и затем с выход элементов D1.2...D1.4,через ограничивающие резисторы и корректирующую цепочку под R4C1 подается на светодиод который преобразует электротехнический сигнал в оптический.
Оптический сигнал подается в оптическом разветвителе, который представляет собой четыре оконцованных разъемами типа FC волоконных оптических световода с диаметром сердцевины 50 мкм, объединенных в однм соединении типа FC. Таким образом от световода , который имеет соеденитель типа FC, оптический сигнал вводится в четыре волоконных световода и подается на фотодетекторы оптических приемных модулей (ПрОМ).
Приемные оптические модули выполнены по однотипной схеме приведенной на рисунке 3.10.
 |
Рисунок 3.10 - Приемный оптический модуль.
В качестве фотодетектора использован p-i-n фотодиод.
Преобразованный p-i-n фотодиодом оптический модуль усиливается двумя однотипными усилительными каскадами , выполненными на основе операционных усилителей с токовой обратной связью типа АД8005 и низким потреблением .
Во второй каскад введена нелинейная обратная связь, которая выполняет функции АРУ при больших входных сигналах и выполнена на диодах с барьером Шотки КД922А.
Далее сигнал формируется ключевым каскадом на транзисторе КТ371 и инвертором микросхемы 15543ЛА3.
Оптическая шина имеет следующие параметры:
Длительность входного и выходного импульса - 100...30000 нс;
Фронт нарастания и спада входного импульса не более 10нс;
Время задержки выключения не более -20 нс;
Входные и выходные уровни соответствуют уровням ТТЛ;
Ток потребляемый приемной стороной - 470мкА;
Допустимая разность потенциала между передатчиком и приемником линии не менее-50кВ.
4. Расчет электрический основных узлов источника питания
4.1 Расчет низковольтного трансформатора
Конструктивные параметры трансформаторов выбираются из условия обеспечения допустимого падения напряжения на обмотках и допустимого перегрева обмоток.
В диапазоне частот от 50 Гц до 10 кГц используются стали ,свыше 10 кГц – фериты ,от 5 кГц до сотен килогерц – сплавы.
Трансформатор содержит две первичные полуобмотки ,на которые подается напряжение U1 ,две выходные обмотки , с которых снимаются напряжения U2 и U3.
Частота принята равной 50 кГц.
Напряжение U1 на первичных полуобмотках определяется входным напряжением источника электропитания и равно 132 В
Напряжения на второй и третьей обмотках заданы с учетом падения напряжения на диодах выходных выпрямителей :U2 = 4В; U3 = 100В.
Токи второй и третьей обмоток заданы : I2 = 1.5A;I3 = 0.5 А .
Диапазон температур от –50 до +65 С.
Последовательность расчета
1. Выходная мощность трансформатора
Р2= U2 / I2 + U3 / I3 = 4 • 1.5 + 100 • 0,5 = 56 В • А. (1)
2.Принимаем КПД трансформатора на базе статистических данных
= 0,99. Тогда входная мощность трансформатораР1 = Р2 /
= 56 / 0,99 = 56.56 В*А. (2)3. Входной ток трансформатора
I1 = Р1 / U1 = 56.56 / 132 = 0.42 А. (3)
Округляем значение входного тока: I1 = 0.5 А.
4. По значениям входной мощности P1 = 56.56 В • А и частоты f = 50 кГц выбираем из таблицы 4.2 типоразмер магнитопровода Ш12х15 марки М2000НМ1-14. Образец записи в технической документации: «Сердечник замкнутый М2000НМ1-14 ШГ2 х 15 ОЖО.707.140 ТУ».
Площадь поперечного сечения выбранного магнитопровода
Q = (12 х 15) мм = 1,8 см (4)
6. Площадь поперечного сечения провода обмотки определяется допустимой плотностью тока
:q = I /
(5)Для выбранного магнитопровода из таблицы 4.1 определяем допустимую плотность
< 4,4 А / мм.6.1. Для первых полуобмоток принимаем
= 2 А/мм. Тогда сечение провода первой обмоткиq1 = I1 /
1 = 0.5 / 2= 0.25 мм. (6)В качестве обмоточного выбираем провод марки ПЭТВ-2 (таблица 4.1). Для увеличения коэффициента заполнения окна магнитопровода и снижения потерь мощности берем два провода с диаметрами по меди (d = 0,8 мм (сечение 0,5 мм) и по изоляции с d = 0,88мм.
6.2. Для второй обмотки принимаем
2 = 2,4 А/мм. Тогда сечение провода второй обмоткиq2 = 1.5 / 2,4 = 25 мм. (7)
Таблица 4.2 -Параметры провода ПЭТВ-2
| Диаметр провода по Меди, мм | Номинальное сечение провода, мм^ | Диаметр провода по изоляции, мм |
0.1 | 0,00785 | 0,128 |
0,112 | 0,00985 | 0,14 |
0,125 | 0,01227 | 0,154 |
0,14 | 0,01539 | 0.17 |
0,16 | 0,02011 | 0,198 |
0,18 | 0,02545 | 0,22 |
0,2 | 0,03142 | 0,24 |
0,224 | 0,03939 | 0.264 |
0,25 | 0,04909 | 0,3 |
0,28 | 0,06154 | 0,33 |
0,315 | 0,07789 | 0,364 |
0,355 | 0,09893 | 0,414 |
0,4 | 0,1256 | 0,46 |
0,45 | 0,15896 | 0,51 |
0,5 | 0,19625 | 0,56 |
0,56 | 0,24618 | 0,63 |
0,63 | 0,31157 | 0,7 |
0,71 | 0,39572 | 0,79 |
0,75 | 0,44156 | 0,83 |
0,8 | 0,50265 | 0,88 |
0,85 | 0,56716 | 0,937 |
0,9 | 0,63617 | 0,99 |
0,95 | 0,70846 | 1,04 |
1,0 | 0,7854 | 1,09 |
1,06 | 0,88203 | 1,15 |
1,12 | 0,9852 | 1,21 |
1,18 | 1,09303 | 1,27 |
1,25 | 1,2272 | 1,35 |
1,32 | 1,36778 | 1,42 |
1,4 | 1,5394 | 1,5 |
1,5 | 1,7671 | 1,6 |
1,6 | 2,0096 | 1,71 |
1,7 | 2,26865 | 1,81 |
1,8 | 2,5434 | 1,91 |
1,9 | 2,83365 | 2,01 |
2,0 | 3,14 | 2,12 |
2,12 | 3,5281 | 2,24 |
2,24 | 3,93882 | 2,36 |
2,36 | 4,37214 | 2,48 |
2,5 | 4,90625 | 2,63 |
Для второй обмотки выбираем ленту медную ГОСТ 1173-77 с поперечными размерами 25 х 1 мм.