Высоковольтные усилители и «некратный наклон» ачх

Обычно для формирования высоковольтных сигналов управления модуляторами применяют высоковольтные усилители. Эти усилители развивают на выходе напряжение в диапазоне от 300 В до +300 В. Успешное разделение движений позволяет в быстром канале обойтись обычным операционным усилителем с умощненным выходом, диапазон выходных напряжений которого составляет от -12 В до +12 В. Ранее высоковольтный усилитель изготавливался на основе операционного усилителя с высоковольтным каскадом на двух или более транзисторах. Этот усилитель охватывался отрицательной обратной связью. Недостаток такого решения состоял в выбранном варианте АЧХ и обеспечиваемых в связи с этим его частотных свойствах. Большое выходное сопротивление такого усилителя в сочетании с емкостной нагрузкой (пьсзоксрамичсский модулятор длины резонатора) порождало дополнительное апериодическое звено в модели этого усилителя. Это звено недостаточно верно учитывалось в математической модели системы, а также порой неверно трактовалось. Возникающая склонность к колебаниям замкнутой системы воспринималась как проявление резонансных свойств модулятора. При современном уровне развития электронной техники для формирования высоковольтного напряжения в медленном канале целесообразно применить интефальный высоковольтный операционный усилитель (например, ОРА541Т или более современные аналоги).

Дру1дя проблема высоковольтных усилителей состоит в необходимости корректного выбора (назначения) диапазона выходных напряжений этих усилителей. В самых ранних схемах применялись усилители с диапазоном выходных напряжений от нуля до +160 В, далее от нуля до +300 В, после чего стали применять усилители с выходом от -300 В до +300 В. У симметричного выхода имеются преимущества, но есть и недостатки такого решения. Преимущество состоит в том, что если схема настраивается при обесточенной электронной части (осуществляется механическая юстировка зеркал лазера и другие настройки оптической схемы), то полученные настройки соответствуют нулевым выходным сигналам всех усилителей. В этом случае при отсутствии сигналов ошибки на входах высоковольтных усилителей система находится в равновесном состоянии, причем именно вблизи той частоты излучения, на которую осуществлена первоначальная настройка. При использовании однополярных высоковольтных усилителей настройку оптической схемы следует осуществлять при включенных высоковольтных усилителях, на которые подан сигнал, соответствующий нулевой ошибке. При этом такие усилители должны формировать сигнал, равный половине диапазона выходных сигналов (в данном случае +80 В или +150 В).

Недостаток усилителей со знакопеременным выходным сигналом состоит в том, что для некоторых видов пьезокерамических модуляторов рекомендуется только одна полярность прикладываемого напряжения, т. е. для таких модуляторов указанный режим не рекомендуется. Использование модуляторов в нештатном режиме снижает их срок службы, в целом же следует отметить, что использование любых деталей или элементов в нештатном режиме может оказаться не просто нежелательным, но и недопустимым.

Длительное время в системах ФАПЧ и АПЧ практиковаюсь применение высоковольтных усилителей с АЧХ, наклон которых занимает промежуточное значение между -20 дБ/дск и нулем. Обеспечивается такой наклон с помощью аппроксимации. Применение в отрицательной обратной связи высоковольтного усилителя цепи, содержащей несколько резисторов, каждый из которых шунтируется конденсатором, обеспечивает такой «дробный» наклон на заданном некотором участке АЧХ, например, соответствующий ее затуханию обратно пропорционально корню из частоты (т. е. —10 дБ/дек).

Идея некратного наклона состоит в том, что при наклоне АЧХ разомкнутого контура -40 дБ/дек в области единичного усиления система теоретически находится на границе устойчивости, на практике же всегда имеются дополнительные инерционные звенья, поэтому система с таким наклоном в области единичного усиления неустойчива. Если же в этой области обеспечен наклон -20 дБ/дек, то система устойчива, но запас устойчивости чрезмерно велик, и, соответственно, наклон АЧХ в указанной области растет с падением частоты недостаточно быстро. Поэтому требуемая точность системы АПЧ или ФАПЧ достигается лишь в области слишком низких частот. Поэтому идея некратного наклона контура около -30 дБ/дек состоит в обеспечении устойчивости с нс слишком большим запасом, но при этом более резким ростом АЧХ при движении в область низких частот.

Эта идея себя не оправдала в сравнении с методом разделения движений. Метод разделения движений (т. с. обеспечение АЧХ вида, показанного на рис. 11.2) позволяет одновременно получить наибольший запас устойчивости и наиболее резкий рост АЧХ в области НЧ.