ГЕНЕРАТОР ПИЛООБРАЗНОГО ТОКА Российский патент 1994 года по МПК H03K4/50 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах отображения информации с магнитным отклонением электронного луча.

Известен генератор, включающий магниточувствительный элемент, выполненный ферромагнитным, имеющим различную магнитную анизотропию в продольном направлении, и размещенный между двумя параллельными стержневыми магнитами, один из которых обладает более сильной намагниченностью, катушку считывания, расположенную на магниточувствительном элементе, а также подвижный магнитный элемент, перемещающийся между магниточувствительным элементом и стержневым магнитом с более сильной намагниченностью. Данный генератор позволяет получать импульсы пилообразного тока только в области низких частот, что обусловлено механическим перемещением подвижного магнитного элемента. Кроме того, наличие подвижной механической системы и нестабильность скорости ее перемещения существенно снижают надежность и точность устройства, а также увеличивает его габариты.

Из известных устройств наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является генератор пилообразного тока, принятый в качестве прототипа. Он включает последовательно соединенные индуктивность и резистор, запитываемые от генератора импульсов трапециедальной формы с целью обеспечения протекания в катушке линейно изменяющегося (пилообразного) тока. В этом случае пилообразная составляющая запитывающего напряжения компенсирует падение напряжения на активном сопротивлении, а прямоугольная составляющая создает ток пилообразной формы, обеспечение линейности которого обеспечивается выбором длительности Т запитывающего напряжения значительно меньшим постоянной τ времени цепи RL, т.е. τ =L/R>> Т.

Данное устройство исключительно просто по конструкции, однако его главный недостаток заключается в том, что генерируемый им ток изменяется экспоненциально. Поэтому говорить о его пилообразности можно лишь на небольшом начальном участке изменения тока, но это приводит к значительному уменьшению амплитуды пилообразного импульса. Поэтому необходимо принимать особые меры для линеаризации тока, протекающего по катушке индуктивности. Вследствие этого данное устройство не обеспечивает заданной длительности и линейности генерируемых импульсов, что свидетельствует об его ограниченности.

Цель изобретения - увеличение диапазона генерируемых импульсов пилообразного тока и повышение их линейности.

Это достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные индуктивность и резистор, запитываемые от генератора импульсов трапециедальной формы, введен источник магнитного поля Ф₁(например, постоянный магнит), направленного навстречу магнитному полю Ф₂ катушки индуктивности, возникающему при запитывании ее от источника импульсного тока, а резистор выполнен в виде магниторезистора, причем оси катушки индуктивности и намагниченности источника дополнительного магнитного поля пересекают магниторезистор.

Кроме того, источник магнитного поля выполнен в виде дополнительной обмотки, расположенной на катушке индуктивности, на одном из торцов которой размещен магниторезистор, при этом обмотка катушки индуктивности и дополнительная обмотка включены встречно. Кроме того, магнит размещен внутри катушки индуктивности, а на одном из торцов магнита размещен магниторезистор, например нанесен методом напыления.

Изобретение является новым за счет введения дополнительного источника магнитного поля, магниторезистора и связей между ними.

Изобретение обладает существенными отличиями, так как не известны другие технические решения, которые содержали бы отличительные признаки заявляемого технического решения.

На фиг. 1 представлена схема генератора; на фиг. 2 - диаграмма напряжений и токов, возникающих при его работе.

Он включает последовательно соединенные индуктивность 1 и магниторезистор 2, подключенные к источнику прямоугольных импульсов, дополнительный источник 3 магнитного поля, например постоянный магнит, магнитное поле Ф₁ которого направлено навстречу магнитному полю Ф₂катушки, причем ось катушки индуктивности и ось намагниченности магнита пересекают магниторезистор.

Дополнительный источник магнитного поля - магнит 3 может быть введен внутрь катушки 1, при этом магниторезистор 2 размещен на одном из торцов магнита 3.

Дополнительный источник магнитного поля может быть выполнен в виде дополнительной обмотки, расположенной на катушке индуктивности, на одном из торцов которой размещен магниторезистор, при этом обмотка катушки индуктивности и дополнительная обмотка включены встречно.

Магнит 3 служит для создания подмагничивающего поля, в котором сопротивление магниторезистора возрастает и достигает значения
r_В>> r_о
Магниторезисторы характеризуются сопротивлением r_о в отсутствии магнитного поля, а также отношением этого сопротивления к сопротивлению r_В магниторезистора в поперечном магнитном поле с определенным значением индукции В (обычно 0,5 или 1 Тл), т.е. отношением r_В/r_о (см. [2] на стр. 9, где r_В/r_o).

В качестве магниторезистора 2 могут использоваться отечественные магниторезисторы на основе антимонида (I_nS_b) и арсенида (I_nA_s) индия, имеющие следующие характеристики (см. [3] на стр. 43):
(где Δ r_B - величина изменения сопротивления в магнитном поле).

Катушка 1 выбирается таким образом, чтобы при ее запитывании постоянным током индукции В₂ установившегося в ней магнитного поля была равна индукции В₁ магнита 3 и направлена встречно ей, т.е. параметры катушки 1, магнита 3 и амплитуда импульса постоянного тока, подаваемого на вход электрической цепи, образованной катушкой 1 и магниторезистором 2, подбираются таким образом, чтобы установившееся значение индукции В₂, создаваемой катушкой, было равно по величине и обратно по знаку индукции В₁, создаваемой магнитом 1. Поэтому при установившемся значении тока i магнитные поля магнита 3 и катушки 1 взаимно компенсируется и сопротивление электрической цепи катушка 1 - магниторезистор 2 становится чисто активным, а величина протекающего в ней тока i=U/r_o.

В качестве источника магнитного поля может быть использован электромагнит, обмотка которого конструктивно размещается на катушке индуктивности 3.

Магниторезистор 2 размещается на одном из торцов сердечника катушки индуктивности 3, наносится на нее, например, методом напыления. Постоянный магнит 1 может быть помещен внутрь катушки 3, при этом магниторезистор размещается на его торце, например наносится методом напыления.

Подобные конструктивные решения позволяют существенно снизить массогабаритные характеристики устройства.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда импульс напряжения на входе (на клемах 1 и 2) устройства отсутствует, магниторезистор 2 находится в поперечном магнитном поле с индукцией В₁, создаваемым постоянным магнитом 3. Сопротивление магниторезистора 2 в этом случае максимальное и составляет r_o+ Δr, где r_o - номинальное сопротивление магниторезистора 2 при отсутствии магнитного поля, Δr - увеличение сопротивления магниторезистора 2 в поперечном поле постоянного магнита 3 с индукцией В.

При появлении на входе устройства прямоугольного импульса, вырабатываемого внешним генератором прямоугольных импульсов, в электрической цепи, образованной магниторезистором 2 и индуктивностью 1, начинает возрастать ток i. По мере нарастания тока i начинает возрастать создаваемое катушкой магнитное поле с индукцией В₂, поперечно которому расположен магниторезистор 2. Это поле направлено навстречу полю постоянного магнита. Действие данного поля компенсирует действие поля постоянного магнита 3, в результате чего поперечное магнитное поле, в котором находится магниторезистор 2, начинает уменьшаться по мере возрастания тока. Это в свою очередь приводит к уменьшению сопротивления магниторезистора 2 и - к возрастанию тока i. Таким образом, наличие гальваномагнитной связи между магниторезистором 2, катушкой 1 и магнитом 3 обеспечивает автоматическое увеличение постоянной времени цепи катушка индуктивности - магниторезистор в диапазоне значений от τ₁= L/(r_o+ Δr) до τ₂=L/r_o по мере возрастания тока i в катушке, т.е. автоматическую подстройку постоянной времени данной цепи.

График изменения тока в указанной выше цепи приведен на фиг. 2б (верхняя кривая).

Если бы гальваномагнитная связь между катушкой 3 и магниторезистором 2 отсутствовала, то установившееся значение тока i в цепи было бы равно i= U/(r_o+ Δr ) и соответствующий этому случаю график изменения тока i представлялся бы нижней кривой на фиг. 2б, что соответствует минимальному значению постоянной времени τ₁=L/(r_o+ Δr ) цепи катушка индуктивности - магниторезистор.

Значение тока i становится максимальным, когда индукция В₂, создаваемая катушкой 3, полностью компенсирует индукцию В₁ магнита 1. Для обеспечения линейности генерируемого тока в этот момент необходимо прервать импульс, запитывающий устройство. Это обеспечивается тем, что длительность Т импульса, запитывающего устройство, выбирается меньше постоянной времени τ₂=L/r_o.

Угол наклона и амплитуда генерируемого пилообразного импульса (см. фиг. 2) могут регулироваться за счет удаления или приближения магнита 1 к магниторезистору 2.

По окончании длительности запускающего прямоугольного импульса (см. фиг. 2, а) он своим задним фронтом наводит в катушке 1 ЭДС противоположного направления, в результате чего в катушке 1 возникает магнитное поле, вектор индукции которого совпадает с вектором индукции магнита 3. Поэтому индукция в зазоре между магнитом 3 и катушкой 1 увеличивается до двух раз, что может привести к четырехкратному увеличению сопротивления магниторезистора 2, учитывая квадратичную зависимость его сопротивления от индукции подмагничивающего магнитного поля. В результате значение тока в цепи магниторезистор - катушка индуктивности резко уменьшается, что приводит к уменьшению постоянной времени цепи разряда и резкому спаду тока разряда в ней (фиг. 2, б).

Регулирование угла наклона и амплитуды генерируемого пилообразного тока осуществляется как подбором конструктивных параметров магнита 3, магнеторезистора 2 и катушки индуктивности 1, так и увеличением или уменьшением зазоров между магниторезистором и магнитом, а также между магниторезистором 2 и катушкой индуктивности 1, т.е. регулированием гальваномагнитной связи между элементами 1, 2, 3. При поступлении очередного прямоугольного импульса напряжения на вход устройства весь цикл работы устройства повторяется. Потребитель включается последовательно в цепь магниторезистор - катушка индуктивности.

Предлагаемое устройство, отражая более высокий уровень развития науки и техники, обладает более широкими функциональными возможностями за счет увеличения длительности и диапазона генерируемых им импульсов пилообразного тока. Кроме того, автоматическая подстройка (уменьшение) постоянной времени устройства по мере нарастания тока обеспечивает достаточно высокую линейность выходного тока, т.е. повышает коэффициент линейности генерируемых импульсов.

Следует отметить, что указанные выше эффекты достигаются за счет простых и дешевых средств. Тем самым использование изобретения даст значительный технико-экономический эффект, учитывая широкие масштабы использования средств автоматики и радиотехнических средств, где устройство может найти применение (в управлении электронно-лучевыми трубками, в импульсной технике и различных устройствах автоматики).

Благодаря предложенным конструктивным решениям обеспечивается миниатюризация устройства, снижаются его массогабаритные характеристики, что позволяет широко использовать его в составе бортовой аппаратуры различных подвижных объектов, в частности летательных аппаратов.

Использование: генератор пилообразного тока может использоваться в устройствах отображения информации с магнитным отклонением луча. Сущность изобретения: устройство содержит источник 1 магнитного поля магниторезистор 2 и катушку индуктивности 3. Поля источника 1 и катушки 3 направлены встречно. Магниторезистор 2 может быть выполнен методом напыления и нанесен на торец источника 1. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ГЕНЕРАТОР ПИЛООБРАЗНОГО ТОКА, содержащий последовательно соединенные катушку индуктивности и резистор, подключенные к источнику импульсного напряжения, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона длительности генерируемых импульсов пилообразного тока и повышения их линейности, в него введен источник магнитного поля, например постоянный магнит, направленного встречно магнитному полю катушки индуктивности, а резистор выполнен в виде магниторезистора, причем ось катушки индуктивности и намагниченности источника магнитного поля пересекают магниторезистор. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что источник магнитного поля выполнен в виде дополнительной обмотки, расположенной на катушке индуктивности, на одном из торцов которой размещен магниторезистор, при этом обмотка катушки индуктивности и дополнительная обмотка включены встречно. 3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что источник магнитного поля размещен внутри катушки индуктивности и на одном из его торцов размещен магниторезистор, выполненный, например, методом напыления.