Последний уровень раздела предыдущего изложения   Текущий уровень изложения предыдущего раздела   Текущий уровень изложения следующего раздела   Первый уровень изложения следующего раздела   Уровень: Глоссарии:


Электрические источники питания ЭОП

Для питания ЭОП требуется высокое напряжение порядка 15-45 кВ (в зависимости от числа камер усиления). В качестве блоков питания переносной аппаратуры возможно использование лишь низковольтных источников постоянного тока, например, аккумуляторов или сухих батарей напряжением 2-26 В. Эксплуатационные параметры блока питания зависят также от условий применения прибора. Например, в полевых условиях высоковольтный блок должен обеспечить необходимый срок работы прибора без замены источников питания , обладать нужной механической прочностью конструкции и стабильностью работы при изменении температуры в пределах не менее 50К, иметь минимальные массу и габариты. В низковольтных источниках должна быть предусмотрена их замена в процессе эксплуатации или обеспечен простой и быстрый цикл перезарядки.

Возможные способы формирования высоких напряжений:



  1. с помощью трансформаторов;
  2. путем трансформирования и умножения напряжения;
  3. путем преобразования постоянного напряжения в переменное с последующим усилением;
  4. с помощью генераторов высокого напряжения;
  5. применение атомных источников напряжения.


Обычно используются устройства, выполненные по вариантам 1 - 3.

Структурная схема блока питания показана на рис.34.

Рис. 34 . Блок-схема источника питания ЭОП

Блок питания состоит из источника 1 постоянного напряжения величиной 2-26 В, преобразователя 2 постоянного напряжения в переменное; повышающего трансформатора 3; высоковольтного выпрямителя 4; удвоителя 5 напряжения; делителя 6 напряжения; ограничителя 7 тока.

По принципу действия высоковольтный блок является усилителем напряжения. Постоянный ток низкого напряжения от первичного источника 1 поступает на преобразователь 2, создающий на выходе переменный ток. Импульс переменного тока, поданный в первичную обмотку трансформатора 3, возбуждает в нем колебания, которые усиливаются выходной обмоткой. Такой способ позволяет усилить сигнал в 5000 раз, т.е. повышает напряжение с 2 кВ до 10 кВ. Так как для питания ЭОП необходим постоянный ток, то после трансформатора включен выпрямитель 4, с выхода которого снимают постоянное напряжение высокого потенциала. Для устранение колебаний тока на выходе ставится блок стабилизации напряжения, выполненный в виде высоковольтного конденсатора большей емкости. Для получения более высокого напряжения, например, в многокамерном ЭОП применяется удвоение напряжения с делителем напряжения. Ограничитель тока 7 служит для предохранения преобразователя от пробоя при сильных засветках фотокатода и резком увеличении тока. В качестве ограничителей используются высокоомные резисторы, а также различные схемы, обеспечивающие обратную связь между величиной яркости свечения экрана и напряжением питания на ЭОП.

Для исключения утечек тока высоковольтную часть блока питания изолируют от низковольтной и размещают в непосредственной близости от колб ЭОП.

Рассмотрим электрическую схему блока питания (рис. 35). Ее основным элементом является преобразователь напряжения. На практике различают полупроводниковые преобразователи, вибрационные и релаксационные. Наиболее распространенными и перспективными являются полупроводниковые преобразователи, выполненные по схеме мультивибратора. Они имеют большой срок службы, высокий к.п.д., бесшумны в работе.

Рис. 35. Электрическая схема источника питания ЭОП

При включении U п в цепи коллектора течет ток i к. Протекание тока по обмотке W1 трансформатора приводит к изменению магнитного потока в его сердечнике, в результате чего в обмотках W2 и W3 появляются напряжения U2 и U3 . Обмотка обратной связи W3 включена так, что в это время к переходу эмиттер-база триода приложено отпирающее напряжение U3 , вызывающее увеличение тока i к. Триод полностью открывается и почти все напряжение питания прикладывается к обмотке W1 . В открытом состоянии триод будет находиться до тех пор, пока нарастание тока i к не прекратится, т.е. при i к = imax . В этот момент скорость изменения магнитной индукции равна нулю и э.д.с. во всех обмотках снижается. Резкое уменьшение токов обмоток вызывает в обмотке обратной связи W3 появление э.д.с. обратной полярности, что приводит к запиранию триода. Триод будет заперт до тех пор, пока магнитный поток в сердечнике не снизится до величины остаточного значения, при этом снизится значение запирающего напряжения на базе, и триод снова откроется. Процесс начнется сначала.

Такая схема работает как ключ, т.е. она периодически подключает источник питания. Со вторичной обмотки снимается повышенное напряжение, причем синусоидальной формы. Оптимальная частота переключения составляет 2 - 8 кГц и зависит от конструкции трансформатора. С увеличением частоты его габариты снижаются. Сердечник трансформатора выполняют из феррита.

Для выпрямления и повышения напряжения применяется схема удвоения (см. рис. 35). Такая схема работает следующим образом. В первый полупериод, когда нижний конец вторичной обмотки трансформатора оказывается под положительным потенциалом по отношению к верхнему, конденсатор С 1 заряжается через диод D1 до амплитудного значения U2 . Обкладка конденсатора С 2 (справа) имеет тот же потенциал, что и емкость С 1 . Во второй полупериод диод D1 тока не проводит, а конденсатор С 2 под действием суммы напряжений на вторичной обмотке ( U2 ) и на емкости С 1 (U2 ) заряжается через выпрямитель D2 до напряжения U=2U2 . Заряжаются так же и емкости С 4 и т.д. С них снимается сумма напряжений. Путем добавления каскадов умножения можно менять кратность удвоения напряжения.

Напряжение вторичной обмотки трансформатора может быть определено следующим выражением:

где U ЭОП - выпрямленное напряжение; n - число каскадов умножения; 0,85 - коэффициент, учитывающий потери в схеме.

При выборе выпрямителя для схемы следует помнить. Что обратное напряжение на любом каскаде равно удвоенному амплитудному значению, т.е. U обр = 2,8 U2 .

В качестве выпрямителей применяют не только полупроводниковые диоды, но и селеновые выпрямители, бесканальные кенотроны.

Использование для повышения напряжения схем удвоения стало возможным благодаря малой мощности потребления энергии ЭОП, составляющей 2-5 Вт. Потребляемая энергия зависит от тока фотоэмиссии, который не превосходит величины 10 -4-10-5 А, и от тока утечки, который может возникнуть при высоких напряжениях питания, если не принять специальных мер защиты.

При мощности питания свыше 0,1-0,2 Вт необходимо обеспечить безопасность работы с такими блоками.

Резистор R огр ограничивает возрастание тока через ЭОП при интенсивной освещенности последнего. Как только световой поток резко возрастает, ток через ЭОП увеличивается, что вызывает значительное падение напряжения на резисторе R огр. В результате на ЭОП напряжение снижается и соответственно понижается ток.