ООО «НПП СИВЭЛ» занимается разработкой и производством твердотельных высоковольтных импульсных модуляторов (в первую очередь предназначенных для обеспечения импульсного режима СВЧ и КВЧ вакуумных приборов). Мы готовы разработать и изготовить высоковольтные модуляторы под конкретные требования заказчиков.
Импульсные модуляторы – составная часть системы импульсного электропитания (СИЭП), включаемые либо последовательно с силовыми в схемах с анодной модуляцией, либо самостоятельные, но работающие под высоким потенциалом катода в выходным усилителем мощности (ВУМ), где используется сеточное управление. Высокие требования к импульсам напряжения, вырабатываемым импульсными модуляторами, приводят к тому, что разработка этих устройств является сложной и трудоемкой задачей. В радиопередающих системах (РПДС) прежних поколений модуляторы строились на жестких ключах типа ГМИ (вакуумные модуляторные лампы) или на мягких – тиратронах при формировании импульса искусственной длинной линией. От второго направления отказались при усложнении задач, ставящихся перед радиолокационными системами (РЛС). Первое - могло бы существовать, поскольку быстродействие жестких электровакуумных ключей пока недоступно твердотельным приборам. Однако потери мощности на ГМИ за счет потерь напряжения на них, необходимость обеспечить под высоким потенциалом подогрев катода, а также произошедшая реструктуризация промышленности привели к тому, что в настоящее время целесообразно разрабатывать импульсные модуляторы на современных твердотельных ключах – полевых с МДП-структурой или биполярных транзисторах с изолированным затвором (БТИЗ) или IGBT.
Рисунок 1 - Структурная схема сеточного модулятора
Рисунок 2 - Структурная схема двухтактного анодного модулятора
На рисунках 1 и 2 приведены структурные схемы модуляторов с источниками питания подогревателя катода, который включают в состав модулятора для уменьшения паразитной емкости, снижающей возможности модулятора по увеличению частоты повторения импульсов. По указанным выше причинам используются двухтактные ключи. Высокое значение коммутируемого напряжения и отсутствие в настоящее время быстропереключаемых транзисторов с рабочими напряжениями, превышающими 1000… 1200 В, приводит к необходимости использовать последовательное включение полевых транзисторов или БТИЗ в достаточно большом количестве. В анодных модуляторах число последовательно соединенных ключей доходит до нескольких десятков. Параллельно ключевым транзисторам устанавливаются защитные диоды. Для обеспечения одновременности открывания и закрывания каждого ключевого транзистора используется конструктивная схема, при которой транзисторы располагают строго симметрично, радиально вокруг кольцевого импульсного трансформатора ортогонально его плоскости. Через трансформатор на каждый ключ подают командные импульсы. Первичная обмотка, запитываемая от подмодулятора, по возможности симметрично наматывается на кольцевой ферритовый сердечник. Он помещается в диэлектрическое кольцо, в отверстиях которого также симметрично закреплены вторичные обмотки, число которых равно числу переключаемых транзисторов в двух ключах. Каждая вторичная обмотка состоит обычно из одного витка. Для обеспечения электропрочности печатная плата модулятора с импульсным трансформатором, ключами и другими радиоэлементами заливается компаундом, через который отвод избытков выделяющейся в ключах теплоты производится на внешний радиатор через пластины из электропрочной теплопроводящей керамики типа AlN или BeO. На рисунке 3 приведена фотография такой платы до компаундирования, на рисунке 4 – фотография субблока ключей с подмодулятором и источником питания подогревателя катода.
Рисунок 3 - Плата ключей модулятора
Рисунок 4 - Субблок модулятора с подмодулятором
Работа двухтактного модулятора основана на использовании принципа хранения заряда на входной емкости «затвор-исток» ПТ. Импульсы от подмодулятора одной и той же длительности (доли мкс) подают на затворы той половины ключа, которая должна быть в данное время открытой, в такой полярности, что эти импульсы «подпитывают» заряд входной емкости ключей этой половины. Они удерживаются в открытом состоянии. В это время на вторую половину двухтактного ключа с импульсного трансформатора приходят импульсы противоположной полярности, разряжающие затворы. Эта половина ключа оказывается закрытой. Управление числом «подпитывающих» и разряжающих импульсов производится подмодулятором в соответствии с командами от внешней системы управления. Таким образом, на управляющем электроде или катоде ЭВП ВУМ формируется импульс требуемой длительности. Сквозные токи в двухтактном ключе при этом автоматически исключаются.
На рисунке 5 приведён технологический модулятор, разработанный и изготовленный по заказу АО "ИЭМЗ "Купол", г. Ижевск. Основные технические параметры описаны ниже.
Рисунок 5 - Технологический модулятор
Модулятор должен включает следующие основные узлы и элементы:
Запуск модулятора осуществляется импульсом запуска ТТЛ - уровня положительной полярности от любого универсального генератора, обеспечивающего на входе модулятора (сопротивление входа 50 Ом) необходимые параметры модулирующего импульса (длительность и скважность) в соответствии с таблицей. Временные параметры выходного импульса (длительность, расстановка по времени) определяются соответствующими параметрами импульса запуска (ИЗ). При этом формирование фронта выходного импульса происходит по фронту ИЗ, формирование спада выходного импульса - по спаду ИЗ.
Таблица 1
| Наименование параметра | Значение параметра | Режим измерения | Примечание | ||
| мин. | ном. | макс. | |||
| Напряжение смещения на управляющем электроде постоянное, отрицательное относительно катода, регулируемое в пределах, кВ | 3,0 | 3,3 | 4,5 | Внешний стрелочный вольтметр с внешним делителем | Регулировканапряжения плавная. Ток утечки по У.Э. не более 1,0 мА |
| Ток управляющего электрода средний, мА | - | - | 1,0 | Внешний стрелочный миллиамперметр | |
| Емкость катод - управляющий электрод (емкость нагрузки модулятора), пФ | - | - | 30,0 | ||
| Длительность импульса (по уровню 0,5 амплитуды), мкс | 0,5 | 1,0 | 1000,0 | ||
| Длительность переднего и заднего фронта импульса, мкс (по уровню 0,1… 0,9 амплитуды на нагрузке С = 47 пФ) | - | - | 0,1 | Измеряется без потенциала высоковольтным осциллографическим щупом непосредственно на выходе модулятора | |
| Неравномерность плоской части импульса, включая выбросы, спад плоской части | - | - | 1,5 % | ||
| Скважность | 10 | - | - | ||
| Частота повторения, кГц | - | 30 | 50 | ||
| Параметры импульсов запуска передатчика на входном сопротивлении 50 Ом | |||||
| Наличие (лог. «1»), В | 2,4 | 4,5 | |||
| Отсутствие (лог. «0»), В | 0,1 | 0,7 | |||
| Длительность фронта/спада ИЗ, нс | 10 | 50 | |||
Модулятор устойчив к пробоям в нагрузке.