|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы  Рис. 5.29 Тиофп = 0) = 0,25 и применив дополнительный линейный детектор ДЕТ во входной цепи ШИМ, можно получить следующие соотношения: тпофп) = 0,25(1 + Un): т = 2Un/{3 - Un)\ Е.срФа) = 4(3 - Un)/i9 -т 6Un + ЪП). При этом оказывается, что Еи.срфа, = 0) = 1,33, т.е. при проектировании можно руководствоваться соотношением Ей = £ат/1,33. Для реализации такого режима входная цепь коммутируемой лампы VL должна содержать компрессор КОМ для предотвращения перемодуляции, линейный деректор ДЕТ (желательно с порогом для большего снижения искажений), источник смещения Ее и сумматор СУМ. Результирующий сигнал после сумматора поступает на вход ШИМ. Полная принципиальная схема выходного каскада ММУ приведена на рис. 5.29. На схеме изображены: модуляционный дроссель (здесь Т-образный фильтр D1D2C1), заградительный фильтр для тактовой частоты D3C2, коммутируемая лампа VL, диод VD, фильтр для подавления составляющих тактовой частоты в нагрузке D4C3C4 и сопротивление нагрузки йг- Элементы схемы выбираются из следующих условий: 1др = (1...з)/гг/0н. Частота среза фильтра D3C2 /ср « л/Рв/т- Коммутируемая лампа может быть того же типа, что и лампа в ОК. При небольших мощностях передатчиков (до 100. ..200 кВт) целесообразно применить специально разработанные лампы с магнитной фокусировкой (ГК-12, ГК-13), отличающиеся малым сопротивлением игр = l/Srp- Правда, при этом оказывается сложной входная цепь таких ламп. В качестве диода VD можно использовать водородные газотроны с малым <восст или цепочки из полупроводниковых диодов, допускающие обратное напряжение 2Еат и максимальный ток > 2/ат. КПД ММУ рассчитывается так же, как и КПД предыдущего усилителя. Примеры расчетов рассмотренного усилителя приведены в [5.14, с. 178-179, 5.18, с. 108, 109]. В статьях [5.13-5.15] приведены практические схемы, режимы и результаты измерений ММУ с мощностью от 10 до 150 кВт АЧХ исследованных устройств соответствует существующим нормам. Для получения уровней нелинейных искажений, соответствующих ГОСТу для вещательных передатчиков, оказалось необходимо строить сложную входную цепь коммутируемой лампы, а весь мощный усилитель вместе со входной цепью охватывать очень глубокой частотно-зависимой ООС (до 26 дБ). 5.6.4. Мощные модуляционные устройства с усилителем класса D по последовательной схеме Упрощенная схема усилителя. Многочисленные исследова- ния в России и за рубежом показали, что наиболее пригодным мощным усилителем для ММУ является усилитель класса D, собранный по последовательной схеме. Усилитель этого типа обладает следующими достоинствами: а) в нем можно использовать такую же лампу, как и в ОК; б) один вывод нагрузочного сопротивления Rj. (т.е. катод лампы ОК) соединен с корпусом; в) катод коммутируемой лампы VL соединен с корпусом через большую емкость, поэтому влияние емкостей накального трансформатора и источников напряжения питания для экранирующей и управляющей сеток будет малозаметно; г) усилитель имеет хорошую устойчивость, допустимую АЧХ и малые искажения (1...2 % или -40...-50 дБ) и поэтому уже нашел применение в нескольких типах мощных зарубежных вещательных передатчиков. Усилитель класса D по последовательной схеме (рис. 5.30,а) содержит коммутируемую лампу VL, на управляющую сетку которой от широтно-импульсного модулятора ШИМ подаются импульсные сигналы. Напряжение импульсов выбрано так, чтобы лампа работала в ключевом режиме. Анодный ток этой лампы представляет последовательность импульсов с несколько скошенной вершиной из-за влияния индуктивности дросселя Ьф. В момент отсечки тока, текущего через лампу VL и дроссель Ьф, на дросселе возникает напряжение еьф = -Ьф di/dt, открывается рекуперационный диод VD и в цепи VD, Ьф, продолжает течь ток за счет накопленной в дросселе Ьф энергии. Индуктивность Ьф и емкость Сф являются Г-образным фильтром, подавляющим колебания тактовой частоты и ее гармоник. Поэтому на нагрузке R. выделяется напряжение, пропорциональное входному модулирующему напряжению С/м-  Рис. 5.30 На рис. 5.30,6приведен вариант схемы последовательного усилителя класса D, в котором дроссель Ьф выполнен в виде двух магнитно-связанных катушек L1 и L2, перенесенных в анодную цепь лампы. Через одну катушку течет ток лампы VL, а через другую - ток диода VD. Для увеличения связи между катушками включен конденсатор Са. Накопленная в катушке L1 энергия во время протекания тока через лампу после его отсечки через Са и магнитную связь передается в катушку L2 и вызывает ток в цепи L2VDflr. Таким образом, ток в не прерывается. Конденсатор Сф, имеюидий сопротивление для тактовой частоты \/шт.Сф много меньше, чем Дг, ослабляет в нагрузке Дг токи составля-юидих тактовой частоты и ее гармоник. Следует, наконец, отметить, что усилитель можно выполнить с катушками L1 и L2 магнитно не связанными. Нужно лишь увеличить их индуктивность примерно в два раза и увеличить емкость конденсатора Са. Методика расчета параметров режима усилителя класса D с последовательной схемой. В работах [5.11, 5.14, 5.16] подробно изложен принцип работы этих усилителей, приведены эпюры напряжений и токов. В [5.16, 5.18] приведен энергетический анализ этих усилителей, дана методика расчета параметров усилителей для квазигармонического модулируюидего сигнала (радиовеидание с AM), приведен пример расчета энергетических параметров. Поэтому при проектировании ММУ по такой схеме для передатчиков с амплитудной модуляцией следует использовать методику расчета из [5.18]. В этом же разделе ниже и в [5.16] приводится методика расчета параметров режима усилителя огибаюидей, используемого в передатчике для радиовеидания с ОМ и ослабленной несуидей (НЗЕ, КЗЕ). Построенные по последовательной схеме ММУ и моидные усилители огибаюидей (МУО) - это одно и то же техническое устройство, используемое в разных системах передатчиков. В методике расчета ниже учтена также возможность реализации автоматического регулирования уровней несуидей (АРН), о чем более подробно будет сказано ниже. Модулированный сигнал с ОМ ослабленной несуидей на выходе передатчика записывается в виде Uou{t) - locKjjn)Un + %тах"гсо5(а;о + П) Здесь t/н = %тах - амплитуда несуидей и боковой полосы; т - коэффициент модуляции в боковой полосе; foe - коэффициент ослабления несущей (тос = 1,0 при НЗЕ, 7ос = 0,5 при КЗЕ); Ан(т) 1 - коэффициент для регулирования несущей при АРН. Если АРН не предусматривается, то ниже во всех расчетах нужно положить Ан(то) = 1. Нормированные огибающие модулированных колебаний при AM и С/м.ам = С/т(1 + тсозШ)/2; Uu.oML - tormax VjoJQM + + bocKnirri) cosQV(l + Toe). При подаче [/„.ам или на ШИМ с тактовой частотой Д и тактовым интервалом нормированные длительности ШИМ импульсов будут иметь вид: при АЗЕ f„(i) = 0,5(1 cosflQ; при НЗЕ и КЗЕ f„{t) = y/7J<l{m) m2 -f 2уос1<н{т) со5Ш/(1 + +Тос). Приведенная длительность импульсов тока в рекуперационном диоде V0 равна r„D{t) = I - 4t)- На интервале O...T„(t), когда лампа открыта, напряжение Ец прикладывается к фильтру ЬфСф. Индуктивность Ьф конечна, и поэтому вершины импульсов тока имеют нарастающий характер, импульсы же-тока гд в момент запирания лампы (и соответственно отпирания диода) равны «а, затем постепенно спадают из-за разряда индуктивности Ьф. Ток нагрузки складывается из средних значений токов га и ijj. Тактовую частоту обычно выбирают с условием, что (3 ... • •7)Ртах, Ртах - верхняя частота спектра модулирующего сигнала, или Tt ?Mmin/(3 ... 7), где Тмтт - минимальная длительность периода модулирующего сигнала. В этом случае напряжение С/н(Ги) на нагрузке Д„ = Дг, ток в нагрузке %(?„) и мощность, выделяемую в нагрузке, можно записать следующим образом: ад) = п?„; Uf„) = t„En/Ru: РпШ = тЕ1/Яп. Средние значения токов, протекающих через лампу и диод за период модуляции, /а.ср(т) = fiEa/K; lD.cp{m) = fj(l - T)En/Rn. Средняя мощность, отдаваемая в нагрузку усилителя: Щт) = Рп{т„) = QEljRn = Q{En - eocrf/Rn, где Q = Ыкип) + т]/{1 + уоу. Средние мощности потерь в лампе Да. в диоде Д/? и в омическом сопротивлении фильтра Дф равны: = ефД-р; Ро = гЬзфД,; Дф = ii.Ra; 1эф(?и) = гф(г„) = =.Б„7Д.
Таблица 5.4
Если расчет ведется для ММУ, используемого в передатчике с AM, то значения т, и г(1 ~ Ги) можно найти в [5.11]. Если же МУО рассчитывается для передатчика с ОМ, то зти величины можно получить из табл. 5.3. Значения 5i(7oc), 53(700) при 70с = 1 (излучение НЗЕ) и 70с = 0,5 (излучение R3E) приведены в табл. 5.4. Приведенные выше расчетные формулы справедливы для ключевого усилителя класса D с идеальным ключом. В реальных ММУ на реальных приборах, в которых пролет электронов в лампе или диоде занимает время Тар, а между анодом и катодом существуют паразитные емкости. Са.к, импульсы анодного тока имеют трапецеидальную форму, т.е. на интервале Тпр лампа находится в недонапряженном режиме, вследствие чего в лампе появляются дополнительные потери; Рпр = £п*Эпртах/6Дн- Потери из-за паразитных емкостей приблизительно равны Рс.вых = и;тСа.к£п/4т. Коэффициент полезного действия ММУ вычисляется по формуле тму{т) = Рн(т)/(Рн(т) + Ра{т) + Ро{т) +, -f Рф(га) -f Рпр(га) + Рс.вых). Для ориентировочной оценки КПД можно воспользоваться упрощенной формулой, которая получается при рассмотрении упрощенной схемы устройства (рис. 5.31); »?ММУ = 1 - ба.ост/Еа{т). Са.оет Рис. 5.31 В тех случаях, если в ММУ желательно выбрать произвольные лампы и диоды, они должны допускать следующие средние значения тока при m = 1 и 7ос = 1: /а.ср,= <5а/Рн = 0,5;а/Рн = 0,5/аОтах; Ьср = (g5ГёfoЛ- Q)EaiR = 0,21/аОшах. Некоторое искажение формы импульсов ia и го из-за наличия Са.к и Со приводит к нелинейности модуляционной характеристики. Статическую модуляционную характеристику можно вычислить из формулы и/Еп = 0,5[г„/гт + л/(г„/г02 + 8Рн(Са.к + Со)/Ы, где и„ - сопротивление на нагрузке Рн- Из формулы следует, что чем меньше Ян. Са.к и Со и больше Гт, тем лучше линейность модуляционной характеристики. Например, если принять Рн = 500 Ом, Сак = 10 пФ, Со = 20 пФ и Гт = 2 - 10~ с, то КГИ при т = 1 достигает 1,2... 1,4 %. Наличие в схеме ФНЧ несколько снижает КГИ. Пример расчета. Исходные данные: режим НЗЕ, 70с = 1, лампа ГУ-104А, Р-г - 1900 кВт, диоды 2ХГКД1-300/45 без АРН, К{т) -1,9 = 75°, КПД анодной цепи ОК 7)а = 0,8, Ватах = 28 кВ, еа.ост = 1,5 кВ. Потребляемая мощность Яо max = Pim3.x/va. = 2380 кВт, постоянная составляющая /аотах = 85 А, сопротивление анодной цепи лампы Ri = Кл = 330 Ом. Для ММУ выберем также ГУ-104А с минимальным Ес2, при котором ток aOmax = 85 А Возникает при отрицательном напряжении на управляющей сетке. По статическим характеристикам получим: 1. Ес2 - 1,5 кВ; бетах = -28 В; Rrp = 17,6 Ом. 2. Ес2 = 1,4 кВ; бетах = 25 В; Rp = 16,6 Ом. 3. Ес2 = 1,0 кВ; бетах = 20 В; Ягр = 12 Ом. После аппроксимации получим Есз = 1,2 кВ; естах И О В; Ягр = 14 Ом. При этих параметрах средняя полезная мощность, отдаваемая в нагрузку, (та = 1) = QEljlRji = 1187 кВт, средняя мощность, рассеиваемая на аноде лампы, К = ElRpQVj/R = 13,5 кВт Средняя мощность потерь в диодах Рд = EnRx)[f(l - Ти)]/Я2 = 14,5 кВт. Средний КПД МУО без учета потерь в фильтрах, Яйр и Рс.вых получается при ПшЖуЫ = РЛ-)1\РАш)Л-Р{т) + Яд (та)] = 0,977 (и 98 %). Полная схема усилителя. Полная схема усилителя, пригодная для реализации, показана на рис. 5.32. Она, полностью повторяя схему рис. 5.29, дополнена элементами питания лампы VL и управления. Цепь накала лампы VL и диода VD (если он не полупроводниковый) питается от сети через накальный трансформатор ТрН. Напряжение питания управляющего транзистора VT подается от выпрямителя ВЕС. Напряжение питания на экранирующую сетку подается от выпрямителя ВЕС2. Оба выпрямителя содержат трансформаторы для подключения к сети переменного тока. Очень важно отметить, что все элементы схемы, включаяЛ/L, VD, VT и УС, по отношению к корпусу находятся под большим напряжением звуковой частоты, колеблющимся в пределах О Е Етах ~ Е, 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 [ 69 ] 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||