【正文】 為抑制噪聲，3842的8腳與5腳(地)之間接一個小的CBB旁路電容C4?！?。計算時首先固定光禍的增益為1，的計算依據(jù)是把輸出電壓分割為LM431的分壓器，計算公式為: ，此處=,設(shè)定的值，即可計算的值，此處，取=3K，則R9=4K，為方便調(diào)試串接一電位器=5K。(R4，R5)電阻R4是為抑制寄生振蕩而加入的，取R4=100歐姆，電阻R5為開關(guān)管的輸入電容提供能量泄放回路，取R5=22K。(R7)和濾波網(wǎng)絡(luò)(R6，C6)的選取由于3腳的正常值大于IV時，3842的輸出端關(guān)閉，開關(guān)管的最大電流值約為,考慮到沉余量，則電流檢測電阻R7=。(R3，C5)的設(shè)置開關(guān)頻率為100KHz，故將3842的振蕩頻率設(shè)置在100KHz，選時間電容C5=470Pf，則由振蕩公式f=(RtR1=,()。因此，使用平面變壓器有利于燈絲電源體積減小，效率提高。工作溫度范圍寬。工作頻率范圍寬。絕緣性好。參數(shù)可重復(fù)性好。體積小。低EMI輻射。熱傳導(dǎo)好。低漏感。高效率。采用平面變壓器的原因是:平面變壓器和傳統(tǒng)變壓器相比，具有以下優(yōu)點:高電流密度。該電路在輸出端采樣后，通過光耦的輸出端直接反饋到UC3842A的1腳，略過了其內(nèi)部放大器，既縮短傳輸時間，使電源的動態(tài)響應(yīng)更快，又減少元件使電路簡潔。本電路頻率選定為100KHz，最大占空比qmax=。UC3842A芯片的最大優(yōu)點是外接元件少、接線簡單、可靠性高、成本極低。所以需要限制燈絲電源接通時的浪涌電流，為了保證燈絲的長壽命，燈絲浪涌電流不允許超過穩(wěn)定值的 2 倍。在低壓端實現(xiàn)的穩(wěn)流電源應(yīng)通過高電位隔離變壓器傳輸給微波管燈絲，在高電位上實現(xiàn)穩(wěn)流的電源，通常是將低壓端不太穩(wěn)定的交變電壓加至高電位隔離變壓器的初級，在變壓器的次級進行電源變換，徑高壓端的燈絲電流取樣采控制電源電流的輸出穩(wěn)定度，在高電位上進行電源變換需要解決高壓結(jié)構(gòu)和冷卻問題。燈絲電源的種類隨微波管和發(fā)射機系統(tǒng)要求而定，通常包括交流燈絲電源、直流燈絲電源和同步間斷燈絲電源等幾種，燈絲電源的供電過程及穩(wěn)定度，應(yīng)滿足發(fā)射機系統(tǒng)指標(biāo)要求，由于各類型微波管的燈絲相位推移因子相對都很小，其燈絲電源的穩(wěn)定度要求并不高。10%，而開關(guān)型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)電壓在110～260V范圍內(nèi)變化時，都可獲得穩(wěn)定的輸出電壓。因此重量輕、體積小、機內(nèi)溫升低，提高了整機的穩(wěn)定性和可靠性。開關(guān)型穩(wěn)壓電源直接對電網(wǎng)電壓進行整流、濾波、調(diào)整，然后由開關(guān)調(diào)整管進行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器。所以其功耗小，效率可高達70%95%。以功率晶體管為例，當(dāng)開關(guān)管飽和導(dǎo)通時，集電極和發(fā)射極兩端的壓將接近零。20世紀90年代，開關(guān)電源在電子、電器設(shè)備、家電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，開關(guān)電源技術(shù)進入快速發(fā)展期。在近半個多世紀的發(fā)展過程中，開關(guān)電源因具有體積小、重量輕效率高發(fā)熱量低性能穩(wěn)定等優(yōu)點而逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的連續(xù)工作電源，并廣泛應(yīng)用于電子整機與設(shè)備中。另外由于調(diào)整管上消耗較大的功率，需要采用大功率的調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器，很難滿足現(xiàn)代電子設(shè)備的發(fā)展要求。但其通常都需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都很大的濾波器。它以低成本、小體積和高效率為發(fā)展方向，因此不同于傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源。本論文的工作為行波管燈絲供電電路的設(shè)計和控制保護電路的設(shè)計，其它部分由他人負責(zé)。因此需要一個聚焦磁場來約束電子束使其能順利通過慢波結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)放大。為了提高效率，可采用降壓式收集極以降低電子的剩余速度。此時的電子仍然具有剩余速度，打到收集極上時將轉(zhuǎn)化為熱量。被放大的射頻信號由輸出端口經(jīng)同軸電纜或波導(dǎo)(本項目采用的是波導(dǎo))饋送至天線。加速的電子從射頻信號電場獲得能量，減速的電子又將能量還給射頻信號，這樣射頻信號就與電子束發(fā)生了相互作用，并進行了能量交換。該電場對電子束中的電子速度進行調(diào)制，處于加速場中的電子速度加快。慢波結(jié)構(gòu)可以是螺旋線、禍合腔體、環(huán)圈或環(huán)桿結(jié)構(gòu)(本項目采用的是螺旋線結(jié)構(gòu))。行波管發(fā)射機的核心是行波管放大器，它將模擬射頻信號放大到滿足發(fā)射功率的要求。取諧振電容Cr=。當(dāng)fr = fs時，在額定負載條件下，諧振回路的Q值選擇在0．5左右時，電路可以很好地實現(xiàn)ZVS。行波管發(fā)射機模塊的輸入電壓Uin=270 V，行波管負載的額定平均功率約為520 W，整個模塊厚度為30 mm。當(dāng)負載較輕時，諧振回路電流較小，電路中Ip2續(xù)流時間較短，在兩只滯留管VS3，VS4關(guān)斷前已經(jīng)為零，雖然失去了零電壓開通條件，但可以獲得零電流關(guān)斷條件。Ip1，ip2產(chǎn)生諧振，電流諧振流過整個諧振回路，此時電路輸出功率最大。模式6[t5～t6] 由于VD3提前導(dǎo)通，VS3可以實現(xiàn)零電壓開啟。此時的諧振頻率，諧振阻抗所以諧振產(chǎn)生的峰值電流高于完全諧振的峰值。由于Lr，和Cr的存在，回路的電流從零開始諧振，即VS2獲得了零電流、零電壓開啟。模式4[t3～t4] 當(dāng)t=t3時Ip1換向，VD5關(guān)斷。VS1關(guān)斷后，Ip2依然按原方向續(xù)流，但Ip1的續(xù)流回路變?yōu)閁in()→VD2→LR1→RL/2→VD5→Uin(+)。Cr不再起諧振元件作用，在諧振電感Lr的作用下，電感和變壓器的儲能分別通過兩條回路維持Ipl和Ip2續(xù)流。當(dāng)ucr達到輸入電壓Uin時，傳輸給負載的功率達到最大值。當(dāng)開關(guān)頻率fs大于諧振頻率fr時，在額定負載及過載條件下，電路中的4只功率開關(guān)管均工作在ZVS，ZCS狀態(tài)。 行波管高壓電源組成Fig. The position of high voltage power TWT為了提供脈沖峰值功率，高壓電源在次級接有大的濾波電容，等效為電壓源。控制保護電路完成對高壓電源的控制、檢測和保護．以及與發(fā)射視系統(tǒng)同步通訊功能。高壓變壓器T1采用扁平結(jié)構(gòu)，以便于整個高壓電源采用薄形封裝。其中功率變換橋部分采用了諧振電容電壓箝位方式的串聯(lián)諧振電路。如此設(shè)計提高了電源的可靠性同時減小的體積。該高壓電源采用了零電壓諧振變換器技術(shù)的高頻高壓開關(guān)電源，它具有零電壓開通，開關(guān)損耗小，di/dt、dy/dt及干擾小等特點。行波管陰極電源與收集極電源的饋電采用并聯(lián)方式，陽極控制電壓則是從陰極電壓中分壓獲得。其收集極電壓為6～，陰極電壓約10kV，工作效率約88%。陰極電壓Ek ≤10kV收集極電壓2/3Ek(注:相對于陰極電壓)壽命≥2000h欽泵:3～4kV高壓電源輸出有:陰極電源(含高電位燈絲電源、陽極電源)、收集極電源，及陽極控制電路等。行波管饋電電源需要燈絲電源、陰極電源、收集極電源、欽泵電源。發(fā)射機高壓電源采用串聯(lián)諧振電路有許多優(yōu)點，不僅可以降低開關(guān)的導(dǎo)通損耗，提高電源的效率，而且電源輸出短路時具有保護作用，并且通過整流二極管的電流波形為正弦波半波，所以二極管截止在較低的電壓，降低了噪聲輸出。圖 各時間區(qū)間對應(yīng)的拓撲Fig. Topology of the time interval corresponding本發(fā)射機采用的行波管為收集極一級降壓的行波管，所以高壓電源包括兩個電源，收集極電源和陰極電源，由于發(fā)射機工作在高空，體積和重量有限，所以高壓電源設(shè)計擬采用串聯(lián)供電的方式，所謂串聯(lián)供電方式，就是利用一個高功率的電源變換器同時產(chǎn)生行波管的螺旋線高壓和收集極高壓，這樣節(jié)省了一個高壓電源，使發(fā)射機的電路大大簡化，提高了可靠性，從實際使用情況看，也能夠滿足要求。變壓器上產(chǎn)生的電壓方向與電流方向相反，還因為輸出回路的時間常數(shù)遠超出逆變器回路的時間常數(shù)，所以變壓器上的電壓等效與一極性變化的恒壓源 VO，整個過程中的 iL、VC、VO及其控制信號對應(yīng)于圖 。4 導(dǎo)通時與 3 導(dǎo)通時的電流方向相反。電容 C 充電至最大值 VCM。兩路信號的脈寬τ相等，工作頻率 F 相等，相位相差π。綜合以上分析，采用全橋串聯(lián)諧振變換器，調(diào)頻方式是比較理想的方案。全橋方案工作于變頻狀態(tài)，其輸出功率易做高，調(diào)節(jié)范圍比脈寬調(diào)制變換器寬，能適應(yīng)負載的大范圍變化，同時它把高頻變壓器的漏感轉(zhuǎn)換成諧振電感的一部分，參與主回路的諧振，這樣就減輕了高頻開關(guān)變壓器的設(shè)計難度，易于實現(xiàn)。諧振式諧振式的優(yōu)點是零開關(guān)工作方式，開關(guān)損耗小，頻率易做高，效率高，相對來說就提高了開關(guān)管的使用壽命，增加了可靠性。這種電路適應(yīng)作中功率（500W 左右）輸出，它的特點是控制較簡單，主回路中用了兩個開關(guān)管，對開光管的要求的反壓要大于電源電壓，且具有抗不平衡能力。它的特點是控制方式簡單，主回路結(jié)構(gòu)簡單，只用一只開關(guān)管。調(diào)制方式有脈寬調(diào)制，頻率調(diào)制和混合調(diào)制。實際應(yīng)用中多級降壓收集極設(shè)計不能超過 5 級，因為提高效率的同時還要考慮到電源提供功率的復(fù)雜性和 制作工藝的復(fù)雜性第四章 基于串聯(lián)諧振的高壓電源的設(shè)計分析 高壓電源方案的考慮高壓電源是行波管發(fā)射機的核心組成部分，高壓電源的好壞直接影響到發(fā)射機的指標(biāo)和可靠性，一旦行波管發(fā)射機的方案確定后，高壓電源的設(shè)計就必須根據(jù)管子所給的電壓參數(shù)，電源功率以及使用環(huán)境等因素來確定高壓電源的設(shè)計方案。其中多級降壓收集極總的可能回收的功率由圖五中的陰影部分表示，這里第 n個電極為陰極電位，多級降壓收集極所能回收的功率遠遠高于單級收集極，如下式所示(34)： (34)實際上，由于電子的二次發(fā)射和不理想的能量選擇的影響，這種設(shè)計不可能精確實現(xiàn)。這種設(shè)計能大大增強行波管的總效率。 (33) 一些現(xiàn)象使收集極的工作變得復(fù)雜，空間電荷的作用使已經(jīng)進入收集極的電子排斥正在進入的電子；由于入射電子引起的表面電子的二次發(fā)射，具有不同動能的電子具有不同的速度。電子束的電流和電壓由和表示。圖 收集極電壓 Vs 電流 Current collector voltage Vs假設(shè)電子束與慢波電路之間無損耗，無相互作用，曲線下的面積表示了收集極可能回收的最大功率。效率公式31反映了高效率收集極的作用，總效率可以表示為輸出功率與輸入功率的比。將收集極控制在低于行波管的電位，電子束在撞擊收集極表面之前就會被減速，這樣電子束的部分動能將轉(zhuǎn)化為位能。電子束中的很寬的能量范圍內(nèi)的電子在進入收集極時變得雜亂無章，進入收集極的電子束仍具有很高的動能，電子束在與電磁波的相互作用中只有 5%到 30%的能量損耗。速度漸變能大大提高行波管的效率，另外，這種技術(shù)還能增加輸入、輸出功率的線性關(guān)系，防止返波振蕩。速度漸變是通過改變靠近行波管輸出端慢波電路的尺寸或幾何形狀，使電磁波的速度隨電子束一起減慢。盡管通過上述兩種辦法可以切斷或衰減電磁波，但是在切斷和衰減區(qū)域的范圍外，將會形成電子束群聚，在電路中重新形成電磁波，使電磁波與電子束繼續(xù)相互作用。為了防止這些返波進入輸入端，通常在慢波電路上增加切斷或分布損耗。在能量返回輸入端時將會發(fā)生返波振蕩，返波振蕩是由于慢波電路負載或輸出耦合的失諧引起的。最后，群聚電子的一部分離開電場的減速區(qū)域進入加速區(qū)域。隨著管子的延伸，電子束群聚變得緊湊，留在減速區(qū)域的電子變多從而使射頻電磁波進一步增強。在電場力的作用下，電子束中的部分電子減速（電場力向左），還有部分加速（電場力向右），使電子束產(chǎn)生群聚或者被調(diào)制速度。慢波電路有多種可行的結(jié)構(gòu)，受設(shè)計者能力的限制，只有一些常見的如螺旋線，反繞螺旋線，耦合腔，環(huán)桿，苜蓿葉形，梯形和柵形電路。以脈沖方式工作的行波管中陰極附近通常有一個柵極來控制電子束的發(fā)射和關(guān)閉，這種控制作用是通過柵極與陰極之間偏壓的微小變化實現(xiàn)的，柵極會對電子束產(chǎn)生干擾，所以要求高可靠性的器件不用柵極。陽極是正電荷構(gòu)成的電極，能吸引和加速陰極發(fā)射的電子。熱子與一個直流或交流電源相連，由一卷鎢或鎢錸合金的金屬絲組成，金屬絲與陰極接觸或固定在陰極上用來使陰極溫度升高到可以發(fā)射電子束。陰極的工作原理是一個復(fù)雜的過程，簡單的說，陰極表面溫度越高，發(fā)射的電子束強度越大（電流密度），但是陰極壽命就越短。電子槍的主要部分有陰極，熱子，聚焦電極和一個或一個以上的陽極。 行波管的組成 Composition of TWT 電子槍電子槍用來產(chǎn)生電子束。行波管包括快波和慢波裝置兩種，本章著重討論具有慢波器件的行波管，因為大部分行波管都是在慢波器件下工作的。其放大作用是通過將電子束動能轉(zhuǎn)化為射頻電磁波來實現(xiàn)的。本設(shè)計采用串聯(lián)供電的方式。所以設(shè)計時就是考慮如何為 TWT 設(shè)計配置各級的合適電源，并使系統(tǒng)工作模式、輸出指標(biāo)滿足系統(tǒng)要求即可。發(fā)射機結(jié)構(gòu)需精心設(shè)計。對于主振放大式發(fā)射機要提高總效率要特別注意輸出級(末級)的效率?？傂拾l(fā)射機的全機效率一般定義為發(fā)射機輸出高頻功率與交流供電(市電)或發(fā)電機的輸入功率(包括冷卻用電)之比。過高的峰值功率易發(fā)生耐壓不足和高功率擊穿等問題，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)充分考慮。 對于連續(xù)波發(fā)射機，輸出功率的平均功率即峰值功率。輸出功率發(fā)射機的輸出功率是指發(fā)射機末級放大器(或振蕩器)送至饋線系統(tǒng)的射頻功率。固態(tài)發(fā)射機具有低工作電壓(數(shù)十伏)、模塊化、高可靠性的特點。C波段、X波段及以上頻段大功率發(fā)射機仍以電真空管為主，而固態(tài)放大技術(shù)與有源相控陣技術(shù)結(jié)合，使在C波段和X波段實現(xiàn)發(fā)射機的固態(tài)化成為可能。工作頻率不同對發(fā)射機的設(shè)計影響很大，牽涉到發(fā)射管種類的選擇。 供電系統(tǒng)工作頻率或波段一般來講，地面對空搜索、遠程警戒雷達需選用較低的工作頻率，精密跟蹤測量雷達需選用較高的工作頻率，而大多數(shù)機載雷達受體積、重量等限制，工作頻率大都選在X波段。發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計時有幾個無法回避的矛盾, 首先是機箱密封和系統(tǒng)散熱量大的矛盾, 發(fā)射系統(tǒng)屬于野外設(shè)備, 需要在惡劣環(huán)境下工作, 機箱必須設(shè)計成密封式, 而發(fā)射系統(tǒng) (除去行波管收集極熱耗 )散熱量約為300W, 機箱密封導(dǎo)致機箱內(nèi)外空氣無法直接對流, 熱阻增大, 同時由于機箱為復(fù)合材料制造, 熱傳導(dǎo)性能較差, 不能依靠自然散熱。依靠光纖的絕緣達到耐壓要求, 可以工作到 30kV 的電位上, 如果耐壓不夠, 只需要增加多模光纖的長度,而且該電路的抗干擾特性很好。 其次采用金屬屏蔽盒屏蔽, 以屏蔽通過空間輻射所產(chǎn)生的干擾。發(fā)射機的高電壓、高峰值功率使其成為一個