новая папка 1 / 323618

А

Б

Рисунок 6 Зависимость амплитуды (А) и длительности (Б) формируемых импульсов от величины прямого тока.

11

2. Способ генерации СКИ с одновременной накачкой заряда ДНЗ и накоплением магнитной энергии.

Рассмотрим другой способ генерации импульсов сверхкороткой длительности (рисунок 7). Для увеличения амплитуды в данной схеме совмещены цепи накачки заряда ДНЗ и накопления энергии в индуктивности, таким образом, что накопление происходит в течение всего цикла работы. В исходном состоянии ключ (транзистор VT в ключевом режиме) разомкнут, потенциал второго вывода накопительной индуктивности L2 (и внутренней паразитной ёмкости ключа Cp) равен потенциалу положительного вывода источника питания V1, токи в индуктивных накопителях L1 и L2 равны нулю. Цикл работы устройства начинается с перехода ключа в замкнутое состояние и имеет четыре стадии.

На первой стадии протекание тока через ключ приводит к перезаряду паразитной ёмкости Cp до напряжения источника питания V2 и возникновению линейно нарастающих со временем токов в накопительных индуктивностях L1 и L2. Номиналы индуктивностей выбираются таким образом, чтобы выполнялось соотношение L2/L1<V2/V1. Тогда диод SRD оказывается смещённым в прямой полярности и через него протекает ток накачки, равный разности токов элементов L2 и L1. В течение всей первой стадии через диод SRD протекает прямой ток, что приводит к накоплению электронно–дырочной плазмы в его активной области. Происходит также накопление энергии магнитного поля в элементах L2 и L1, зависимости токов которых приведены на рисунке 8. Первая стадия работы устройства начинается в момент времени t1 и заканчивается в момент времени t2, когда транзистор VT размыкается.

В течение второй стадии работы устройства диод SRD находится в состоянии с низким сопротивлением. Ток накопительной индуктивности L1 и энергия магнитного поля в ней продолжают нарастать.

12

Рисунок 7 Схема генератора СКИ с одновременной накачкой заряда ДНЗ и накоплением магнитной энергии

Рисунок 8 Временные зависимости токов I1 через индуктивность L1

и I2 через L2.

13

Основным процессом во время второй стадии работы является обмен энергией между индуктивностью L2 и ёмкостью Cp ключа. Указанный процесс протекает так, что сначала ток индуктивности L2 уменьшается, а напряжение на ёмкости Cp увеличивается. Когда ток индуктивности L2 становится равным нулю, начинается разряд ёмкости Cp и возрастание тока накопительной индуктивности L2, но уже в другом направлении. Поскольку во время второй стадии ток L1 продолжает нарастать, а ток L2 уменьшается, ток накачки диода SRD сначала уменьшается, а затем меняет знак, то есть начинается рассасывание заряда диода. На рисунке 8 вторая стадия работы устройства начинается в момент времени t2 и заканчивается в момент времени t4, когда полностью рассасывается заряд электронно-дырочной плазмы в диоде. На начальном участке второй стадии ещё продолжается накопление заряда диода, далее происходит полное рассасывание указанного заряда как током индуктивности L2, так и током L1. На отрезке времени от t2 до t3 ещё продолжается накопление заряда ДНЗ.

Во время третьей стадии работы диод находится в состоянии высокого сопротивления, его инжекционный ток практически равен нулю. Поэтому токи индуктивных элементов L2 и L1 переключаются в нагрузку R2 и тем самым приводят к передаче накопленной энергии магнитного поля. При параметрах генератора, используемых на практике, процесс оказывается апериодическим, на нагрузке R2 наблюдается одиночный короткий импульс напряжения (рисунок 9 - кривая 2). Токи элементов L2 и L1 на третьей стадии работы быстро уменьшаются (по абсолютной величине) и к концу стадии устанавливается равенство их токов. На рисунке 8 третья стадия работы устройства начинается в момент времени t4 и заканчивается в момент времени t5.

Во время четвёртой стадии работы восстанавливается исходное состояние устройства. Переходной процесс на указанной стадии представляет собой свободные колебания в цепи, состоящей из последовательно соединённых ёмкости Cp ключа, индуктивных элементов L2 и L1 и вновь введённых параллельно соединённых диода Шоттки D и резистора R1.

14

Рисунок 9 Временные зависимости напряжения на паразитной емкости ключа Cp (кривая 1) и на нагрузке (кривая 2).

Моделирование устройства показывает, что возможен такой режим работы, при котором амплитуда указанных колебаний равна нулю. Условиями для практически отсутствия переходного процесса на четвёртой стадии работы устройства являются равенство нулю токов I1 через индуктивность L1 и I2 - через L2 в конце третьей стадии и равенство напряжения UCp на ёмкости Cp ключа напряжению источника питания V1. Однако, практически генератор работает и при небольшом нарушении указанных условий. Быстрое восстановление исходного состояния происходит также и вследствие наличия цепи, состоящей из параллельно соединённых диода Шоттки D и резистора R1. Резистор вносит потери в колебательную систему и обеспечивает быстрое апериодическое затухание переходного процесса. Причём, в целом сочетание

15

элементов в предлагаемом устройстве таково, что при выполнении указанных ранее условий отсутствия переходного процесса на четвёртой стадии работы ток накопительной индуктивности L1 протекает в прямом направлении через диод Шоттки D в течение всего цикла работы. Поэтому потери энергии незначительны. На рисунке 8 четвёртая стадия работы устройства начинается в момент времени t5 и заканчивается в момент времени t6.

Осциллограмма выходного импульса показана на рисунке 10.

Рисунок 10 Осциллограмма импульса на выходе генератора.

16

За счет совмещения цепей накопления магнитной энергии и накачки заряда в ДНЗ достигается повышение амплитуды и КПД генератора. Частота повторения импульсов в этой съеме в основном определяется временем переключения диода и длительностью переходных процессов после переключения ДНЗ. Выбором напряжений питания, номиналов реактивных элементов и режима работы ключа эти переходные процессы сводятся к минимуму. Частота повторения импульсов, получаемая с помощью данного способа, достигает десятков мегагерц.

17

Лабораторная работа №2 Исследование схем формирователей сверхкоротких импульсов.

Цель работы: Изучить основные принципы формирования сверхкоротких импульсных сигналов на основе схем с индуктивным накопителем энергии.

1. Подготовка к работе:

1.1.Изучить метод генерации СКИ с длительным накоплением заряда.

1.2.Изучить метод генерации СКИ с одновременной накачкой заряда ДНЗ

инакоплением магнитной энергии.

1.3.Ознакомиться с порядком проведения исследований вышеназванных методов генерации.

2. План работы:

2.1.Исследовать схему формирования с длительным накоплением заряда.

2.2.Для заданных значений тока накачки произвести измерения амплитуд

идлительностей формируемых сверхкоротких импульсов.

2.3.Построить зависимости полученных значений параметров импульсов от величины прямого тока через диод. Пояснить полученные результаты.

2.4.Изменяя значения выходной емкости, получить осциллограммы генерируемых импульсов для каждого значения емкости. Пояснить полученные осциллограммы.

2.5.Исследовать схему генерации СКИ с одновременной накачкой заряда ДНЗ и накоплением магнитной энергии. Изучить основные особенности данного способа.

2.6.Сравнить осциллограммы импульсов, формируемых обоими способами. Сделать выводы.

18

Схема лабораторного макета генератора сверхкоротких импульсов отрицательной полярности с длительным накоплением заряда.

Схема лабораторного макета генератора СКИ с одновременной накачкой заряда ДНЗ и накоплением магнитной энергии

19

Контрольные вопросы:

3.1.Изобразите схемы генератора сверхкоротких импульсов положительной и отрицательной полярности с длительным накоплением заряда.

3.2.Поясните работу генераторов сверхкоротких импульсов положительной и отрицательной полярности с длительным накоплением заряда.

3.3.Поясните характер зависимостей параметров импульсов, формируемых генератором сверхкоротких импульсов с длительным накоплением заряда, от величины тока накачки.

3.4.Изобразите схему генератора сверхкоротких импульсов одновременной накачкой заряда ДНЗ и накоплением магнитной энергии.

3.5.Поясните работу генератора сверхкоротких импульсов одновременной накачкой заряда ДНЗ и накоплением магнитной энергии.

3.6.В чем заключаются отличия двух рассмотренных способов формирования сверхкоротких импульсов? Какой способ является предпочтительнее?

20