пряжение на емкости во время импульса приложено к генераторному прибору, а рабочее напряжение генераторных приборов достаточно велико, при применении емкостного накопителя необходим высоковольтный источник питания.

В схеме (рис. 12.3, б) в положении / ключа ток через индуктивность возрастает и достигает через промежуток времени Т - т максимального значения 1у^. При перебрасывании в этот момент времени ключа в положение этот ток замыкается через генераторный прибор, создавая на нем падение напряжения Оц = /и/?г и обеспечивая в течение времени т мощность Рц =/и^/и. Нарастание тока в индуктивности происходит по закону

a-(l-e-V ),

12.3)

Зарядная цепь

Рис. 12.3. Схемы импульсных модуляторов:

о - с емкостным накопителем; б - с индуктивным накопителем

где Pi-суммарное активное сопротивление цепи разрядки накопителя.

Придостаточно малом Rl, выбирая соответствующим образом индуктивность L, можно получить задан^ ное значение тока /и практически при любом значении напряжения Е источника, в частности и при ЕUr. Очевидно, что модулятор с индуктивным накопителем выполняет функции трансформатора напряжения, и при его применении необходим низковольтный источник питания, который может обеспечить достаточно большой ток /и-

Следовательно, тип используемого в модуляторе накопителя определяет требования к источникам питания.

Кроме рассмотренных иногда используются комбинированные накопители, которые содержат как индуктивность, так и емкость.

2. Классификация импульсных модуляторов по режиму работы накопителя. Модуляторы могут быть как с полной, так и частичной разрядкой накопителя. В обоих момент начала импульса обусловлен перебросом ключа из положения / в положение (см. рис 12.2). В модуляторах с полной разрядкой накопителя длительность импульса равна времени разрядки накопителя, и поэтому нет необходимости в строгой фиксации момента возвращения ключа в положение /. В модуляторах с частичной разрядкой длитель-

яость импульса обусловлена режимом работы ключа, поэтому момент переброса его в положение / должен быть строго фиксирован.

§ 12.2. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ИМПУЛЬСНЫХ МОДУЛЯТОРАХ С ЕМКОСТНЫМ НАКОПИТЕЛЕМ

1. Зарядка накопительной емкости от источника постоянного тока. Основной энергетической характеристикой процесса зарядки накопителя является его к. п. д. TI3. Определим эту величину как отношение энергии АЛ3, запасаемой в накопителе в процессе зарядки, к энергии АЛ ст расходуемой при этом источником питания. Энергия, запасаемая в емкости С при ее зарядке, зависит от значений напряжения на этой емкости в начале процесса и в конце его:

АЛз = С( - Й/2. (12,4)

При этом источник питания с напряжением Е расходует энергию

о

где /3 = CdUc/dt - мгновенное значение зарядного тока. Тогда

Т-х

АЛ = j ECdt = EC{u -Un). (12.6)

и

Следовательно, к. п. д. зарядного процесса

11з = А Лз/А Л„ = (и, + )/(2£). (12.7)

При одном и том же источнике значения и определяются видом зарядной цепи накопителя и его режимом работы.

В качестве элементов зарядной цепи обычно используют резисторы или индуктивные катушки (рис. 12.4). Составляя уравнения баланса напряжений для этих схем, дифференцируя их по времени и решая полученные дифференциальные уравнения, найдем зарядные токи и напряжения на емкости для зарядки через R:

i, = {E-u)e- s/R,; и, = -}-(£- )[!-е-/(зО] (12.8;

и для зарядки через индуктивную катушку г'з = {Е- и„) е- sin

с = н+(£-Ин)(1-е-<со8(оО,

где н - начальное напряжение на емкости: а = RJ{2Lr

со = V\l{Lfi)-[Rj(2L,)f=: [Lfiyy = соо,

так как в этом случае со очень мало.

Временные зависимости зарядного тока и напряжения на емкости для рассмотренных случаев представлены на рис. 12.5.

При зарядке через резистор -> Е. Поэтому, имея в виду (12.7), можно прийти к выводу, что в этом случае работа в режиме полной

разрядки (и„ = 0) энер- Дт гч44-

гетически невыгодна, так как к. п. д. зарядного процесса мал

4=f Е

t . ,

ti3= k/(2£)=s:0,5. (12.10) -Jf

При зарядке через Рис. 12.4. ихемы зарядки емкости индуктивность измене- через резистор (а) и индуктивность (б) ние напряжения на емкости носит затухающий колебательный характер с периодом

Гз = 2я/соо = 2я (1зС)1/2 и при /->оо, Ua-E.

Максимальное значение напряжения на накопителе (в момент времени / = Т'з/2)

.max = + (£- )(H-e-W), (12.11)

где q3 = (LfiY/R - добротность контура, составленного из зарядной индуктивности и накопительной емкости.

Обычно q3 1, поэтому справедливо приближенное равенство

Uc max U + {E- ) [2 - Я/(2рз)].

При и„ = о сгоах = Е [2 - я/(2Рз)], т. е. в момент времени t = TJ2 напряжение на емкости примерно вдвое превышает напряжение источника питания. К. п. д. зарядного процесса т]з = 1 - nl{4Q) при этом близок к единице. Так, при вполне реальном значении q3 = 10, сmax = 1,84Е и =92 %. Для того чтобы получить такие значения, разрядка накопительной емкости на нагрузку должна на-