1-3. Искажения вершины импульса

При рассмотрении процессов на вершине импульса можно пренебречь влиянием емкостей Ci и Сг и индуктивности Ls. Такое пренебрежение допустимо вследствие того, что после окончания процесса формирования фронта импульса, напряжение на этих емкостях и ток нагрузки, протекающий через индуктивность, достигают установившихся значений и далее, в течение времени действия импульса, изменяются незначительно, что следует из самих требований, предъявляемых к импульсному трансформатору. С учетом этих пренебрежений схема, отображающая процессы, протекающие при формировании вершины импульса, приобретает вид, приведенный на рис. 1-13. Здесь пока принимается, что сопротивление нагрузки линейно, т. е. его величина не зависит от напряжения на нагрузке. Это условие выполняется в том случае, когда нагрузкой является активное сопротивление или триодный генератор высокочастотных колебаний.

К моменту начала формирования вершины импульса ток в индуктивности намагничивания трансформатора можно считать равным нулю. С течением времени ток возрастает. Это приводит к увеличению тока генератора импульсов, в результате чего увеличивается падение напряжения на его внутреннем сопротивлении и, следовательно, происходит некоторое уменьшение напряжения на сопротивлении нагрузки и протекающего через нее тока. Очевидно, что это изменение напряжения на нагрузке будет тем больше, чем больше длительность импульса 4, меньше индуктивность намагничивания Li и больше сопротивление R.

Оценим эти изменения количественно- Процессы в схеме рис. 1-13 описываются уравнениями:

U2 = и EU2 + {it + il) Ru с начальным условием: при t = О

Рис. 1-13. Эквивалентная схема импульсного трансформатора для анализа процесса формирования импульса при нагрузке в виде активного сопротивления.

Решение этих уравнений приводит к следующему выражению для напряжения на сопротивлении нагрузки:

i

U2 = aEe (1-1)

где а = r2/{Ri + Ri) - коэффициент передачи напряжения из первичной цепи во вторичную; ц = Li (Ri + R2)/RiR2 -

постоянная времени трансформаторной цепи, которую по аналогии с трансформаторами низкой частоты будем называть низкочастотной.

Формула (1-1) показывает, что с течением времени напряжение на сопротивлении R2 плавно спадает по экспоненциальному закону, причем скорость спада напряжения тем больше, чем меньше низкочастотная постоянная времени трансформатора.

Одно из требований, предъявляемых к импульсному трансформатору, состоит в том, чтобы за время действия импульса изменение напряжения на его вершине не превосходило заданной величины. Допустимая величина этого спада в различных устройствах различна, но, как правило, она не превышает 5% начального напряжения импульса [3]. Разлагая (1-1) в ряд и ограничиваясь первыми двумя членами, получим:

Относительное изменение напряжения за время действия импульса составит:

4 W2

£~7H4-(i?, + i?;)L/ (

так как при t = О U2 = аВ.

Допустимая неравномерность напряжения на вершине импульса и длительность импульса задается техническим заданием; величины сопротивлений R,i и R2 также известны, так как они определяются в основном внутренним сопротивлением генератора импульсов и сопротивлением нагрузки. Поэтому формула (1-3) является основанием для выбора индуктивности намагничивания трансформатора:

Z, i. (1.4)

( 1 + 2) д

Несмотря на упрощения, формула (1-4) достаточно точна. При величине спада в 10% расчетное значение оказывается завышенным лишь на 5%, что в действительности приводит к некоторому уменьшению величины спада. Другая погрешность в определении величины индуктивности намагничивания связана с тем, что до окончания общего расчета трансформатора остаются неизвестными сопротивления его обмоток. Однако эти сопротивления настолько малы по сравнению с внутренним сопротивлением генератора Ri и сопротивлением нагрузки R , что соответствующая погрешность расчета также не превосходит нескольких процентов.

Практически важным является рассмотрение случая, когда импульсный трансформатор нагружен магнетронным генератором. Вольт-амперная характеристика магнетрона резко нелинейна. Его сопротивление постоянному току в интервале напряжений от О

дог. при котором возникает генерация СВЧ колебаний (рис. 1-14), весьма велико и при расчетах принимается, обычно, бесконечно большим. В интервале напряжений от до £ , который соответствует рабочему режиму, сопротцвление магнетрона резко уменьшается с ростом анодного напряжения. Поэтому в рабочем режиме свойства магнетрона характеризуют дифференциальным сопротивлением постоянному току:

t<m -jj- = -7-

м м

На эквивалентной схеме (рис. 1-15) эти особенности магнетрона учтены включением последовательно с дифференциальным сопротивлением магнетрона напряжения с полярностью, противоположной полярности напряжения генератора импульсов. В рассматриваемом случае процесс формирования вершины импульса описывается новой системой уравнений:

Рис. 1-14. Вольт-амперная характеристика магнетрона.

или

+ l2 -= - -

Начальные условия имеют вид: при / = О

f2 =

Рис. 1-15. Эквивалент- решение уравнения (1-5) дает:

ная схема импульсного трансформатора для анализа процесса формирования вершины импульса при нагрузке в виде магнетрона.

\ t

т

е

где = Li {Ri + RVRiRm.

t

т

Разлагая е в ряд и беря первые два члена ряда, приближенно имеем: для тока магнетрона

/м

2 с.с.вдо.ии ЛЯЯ5П7

- (1-6)