ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ Российский патент 1995 года по МПК H03K3/26 

Изобретение относится к импульсной технике.

Известен генератор импульсов, содержащий ИВМ, выходной трансформатор с обмотками обратной связи, включенными в ветви ИВМ, и коммутирующие транзисторы с диодами, шунтирующими база-эмиттерные переходы этих транзисторов. Базы каждого из коммутирующих транзисторов через времязадающие конденсаторы, обмотки обратной связи и времязадающие резисторы соединены с коллекторами противоположных коммутирующих транзисторов и с коллекторами своих же коммутирующих транзисторов через диоды, дополнительно введенные резисторы и времязадающие резисторы, при этом выводы обмоток обратной связи через диоды соединены с дополнительно введенным переменным резистором, включенным между полюсами источника питания, образующего совместно с соответствующими первичными обмотками трансформатора вторые ветви времязадающих мостов.

Недостатком названного генератора импульсов является наличие значительных выбросов на вершинах импульсов в моменты переключения коммутирующих транзисторов, что ведет и к ограничению допустимого уровня напряжения источника питания и к росту мощности потерь на переключение коммутирующих транзисторов, а в результате снижению надежности работы генератора.

Известен также генератор импульсов, содержащий трансформатор, два времязадающих резистора, первые выводы которых соединены через конденсатор, первый, второй, третий и четвертый транзисторы одного типа проводимости, у которых эмиттеры соединены с общей шиной, коллекторы первого и второго транзисторов соединены с выводами первичной обмотки трансформатора, средняя точка которой соединена с шиной питания. Базы и коллекторы первого, третьего и второго, четвертого соединены между собой и через резисторы соответственно с коллекторами второго и первого транзисторов. В генератор импульсов введены две обмотки обратной связи трансформатора, одни выводы которых соединены с общей шиной, а другие - с вторыми выводами времязадающих резисторов, первые выводы которых соединены с базами третьего и четвертого транзисторов.

Однако генератор имеет недостаточно высокий КПД.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является генератор, содержащий трансформатор, два времязадающих резистора, первые выводы которых соединены через конденсатор, первый, второй, третий и четвертый транзисторы одного типа проводимости, у которых эмиттеры соединены с общей шиной, коллекторы первого и второго транзисторов соединены с выводами первичной обмотки трансформатора, средняя точка которой соединена с шиной питания, базы и коллекторы первого, третьего и второго, четвертого транзисторов соединены между собой и через резисторы соответственно с коллекторами второго и первого транзисторов. В генератор импульсов между коллектором и базами первого и второго коммутирующих транзисторов введены три резистора и два диода, при этом коллектор каждого коммутирующего транзистора через два последовательно соединенных диода анодом через первый дополнительный резистор соединен с выводом обмотки обратной связи и через второй дополнительный резистор - с базой коммутирующего транзистора, а к точке соединения первого и второго диодов подключены выводом запускающего резистора и через третий дополнительный резистор база-коммутирующего транзистора.

Недостатки генератора-прототипа - сложность конструкции, невысокая надежность из-за большой мощности потребления на высоких частотах коммутации.

Цель изобретения - повышение надежности генератора, упрощение конструкции источника обратного напряжения смещения и дискретное изменение величины напряжения смещения.

В отличие от прототипа в генераторе между эмиттерами третьего и четвертого транзисторов и общей шиной питания введен источник обратного напряжения смещения. При этом для упрощения источника обратного напряжения смещения, а также возможности дискретного изменения величины напряжения смещения, базы первого и второго транзисторов генератора импульсов могут быть соединены между собой через два встречно-последовательно включенных диодов, средняя точка соединения их с одной стороны соединена с эмиттерами третьего и четвертого транзисторов, а с другой - с общей шиной питания через конденсатор, параллельно которому подключены N диодов для выбора и ограничения напряжения заряда конденсатора на заданном уровне, при этом величина смещения выбирается в пределах больше 0, но меньше амплитуды напряжения обмотки обратной связи трансформатора.

Таким образом изобретение отвечает критериям изобретения "новизна" и "существенные отличия".

На фиг. 1 и 2 схематически представлен предлагаемый генератор.

Генератор состоит из трансформатора 1 с обмотками, 2.1-2.5 первого 3 и второго 4 транзисторов, выполняющих функцию коммутирующих транзисторов, запускающих резисторов 5 и 6, резисторов 7-12, третьего 13 и четвертого 14 транзисторов, выполняющих функцию управляющих транзисторов, времязадающего конденсатора 15, времязадающих резисторов 11 и 12, конденсаторов 16 и 17, источника 18 обратного напряжения смещения и источника 19 напряжения питания. Коллекторы транзисторов 3 и 4 соединены соответственно с резисторами 6 и 5 и первичными обмотками 2.3 и 2.4 трансформатора 1, средний вывод которых соединен с общей потенциальной точкой источника 19 напряжения питания. Нагрузка подключается к выходной обмотке 2.5 трансформатора 1. Времязадающие резисторы 11 и 12 в база-эмиттерных цепях транзисторов 13 и 14 включены последовательно с обмотками 2.1 и 2.2 обратной связи, которые имеют согласное направление магнитных потоков один к другому, а времязадающий конденсатор 15 включен между базами транзисторов 13 и 14. Резисторы 7, 8 и 9, 10 соединены последовательно соответственно между собой, коллекторами транзисторов 13 и 14 и обмотками 2.1 и 2.2 обратной связи. Конденсаторы 16 и 17 включены соответственно параллельно резисторам 8 и 10.

При необходимости могут быть включены в цепи транзисторов 3 и 4 низкоомные резисторы 20 и 21, а параллельно их база-эмиттерным переходам в обратном направлении - диоды 22 и 23. Источник 18 обратного напряжения смещения включен между эмиттерами транзисторов 13 и 14 и общей шиной питания. Источник 18 обратного напряжения смещения с дискретно изменяемой величиной напряжения смещения может быть автономным или выполненным как единое целое с генератором. В частности, в качестве источника 18 может быть использована одна из многочисленных известных схем линейных стабилизаторов напряжения.

На фиг. 2 приведена схема предлагаемого генератора с упрощенным источником 18 обратного напряжения смещения дискретного значения, выполненным как единое целое с генератором, что позволяет уменьшить общее число элементов в нем.

Источник 18 состоит из двух встречно-последовательно включенных диодов 24 и 25, выполняющих функцию двухполупериодного выпрямителя и включенных соответственно между базами транзисторов 3 и 4. Точка соединения диодов 24 и 25 подключена к эмиттерам транзисторов 13 и 14, к которым подключен конденсатор 26 одним концом и к общей шине другим. Параллельно конденсатору 26 подключены последовательно соединенные между собой диоды 27 и 28, фактическое число которых зависит от требований к величине обратного дискретного напряжения смещения.

Генератор работает следующим образом.

Запускающий ток течет от плюсовой шины источника 19 через обмотку 2.4 трансформатора 1, на которой развивается напряжение, численно равное по величине и согласное по направлению напряжения источника 19 питания, далее через резистор 5 и база-эмиттерный переход коммутирующего транзистора 3 - на минусовую шину источника 19 (общая шина питания). Этот ток приоткрывает коммутирующий транзистор 3, вызывая изменения его коллекторного тока. В результате на всех обмотках трансформатора 1 появляется напряжение определенного направления. На обмотке 2.1 оно такое, что ток потечет через нее, далее через резисторы 7, 8, конденсатор 16, база-эмиттерный переход транзистора 3 и вновь на обмотку 2.1.

В результате действия положительной обратной связи транзистор 3 открывается и практически все напряжение источника 19 прикладывается к первичной обмотке 2.3 трансформатора 1. Величина резистора 8 соизмерима с величиной запускающего резистора 5 и практически не оказывает влияние на величину базового тока транзистора 3, который определяется величинами емкости конденсатора 16, резистора 7 и направления обмотки обратной связи 2.1. На выходной обмотке 2.5 трансформатора 1 при этом вырабатывается одна из полуволн, длительность которой определяется временем заряда конденсатора 15 до величины напряжения, при которой управляющий транзистор 13 открывается. При этом транзистор 3 форсированно запирается источником 18 обратного напряжения смещения, а транзистор 4 открывается. Напряжения на всех обмотках трансформатора 1 изменяются по фазе на 180^о и начинается аналогичный процесс на правом плече генератора импульсов. Динамика указанных процессов повторяется и принимает периодический характер, а на выходной обмотке 2.5 трансформатора 1 вырабатываются прямоугольные биполярные импульсы.

Предлагаемый генератор импульсов имеет более простую электрическую схему (меньшее число элементов и все диоды низковольтные, отсутствуют высоковольтные диоды 19 и 21 по прототипу, на катодах которых имеет место удвоение напряжения по сравнению с напряжением источника питания); более высокий КПД - 80% против 71% известных генераторов; меньшую величину тока холостого хода: 16 мА (против 23 мА на высокой частоте коммутации порядка 500 кГц для двухтактных генераторов импульсов с трансформатором на ферритовом сердечнике); мягкое самовозбуждение под максимальной нагрузкой при 8,5 В (против 9,8 В), что гарантирует управляемый срыв генерации и под максимальной нагрузкой.

Все это повышает надежность и расширяет функциональные возможности генератора импульсов в различных схематических решениях устройств электропитания и систем автоматики.

Изобретение предназначено для работы в импульсной технике, а именно в устройствах автоматики и электропитания, и позволяет повысить надежность на высоких частотах коммутации, сохранить возможности мягкого условия самовозбуждения и управляемого срыва генерации. Сущность: генератор импульсов содержит трансформатор с обмотками обратной связи, управляющую времязадающую цепь на двух резисторах, одном конденсаторе и источник обратного напряжения смещения. Времязадающая цепь воздействует на управляющие транзисторы, которые совместно с источником обратного напряжения смещения в свою очередь управляют процессами переключения коммутирующими транзисторами. Трансформатор генератора включен в коллекторные цепи коммутирующих транзисторов и работает в линейном режиме изменения магнитной индукции его сердечника. В базовые цепи коммутирующих транзисторов включены диодно - резисторно - конденсаторные элементы, обеспечивающие условия мягкого самовозбуждения и формирования импульсов коммутации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ, содержащий трансформатор с двумя обмотками обратной связи, два времязадающих резистора, первые выводы которых соединены между собой через конденсатор, два коммутирующих и два управляющих транзистора одного типа проводимости, эммитеры коммутирующих транзисторов соединены с общей шиной, а их коллекторы соединены с выводами первичной обмотки трансформатора, средняя точка которого соединена с шиной питания, коллекторы управляющих транзисторов соединены с первыми выводами запускающих резисторов, базы коммутирующих транзисторов соединены с коллекторами соответствующих управляющих транзисторов, одни выводы обмоток обратной связи трансформатора соединены с общей шиной, а другие - с вторыми выводами времязадающих резисторов, первые выводы которых соединены с базами соответствующих управляющих транзисторов, базы коммутирующих транзисторов через соответствующие соединенные последовательно первый и второй резисторы, параллельно последнему подключен конденсатор, соединены с вторыми выводами соответствующих обмоток обратной связи трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введен источник обратного напряжения смещения, включенный между эмиттерами управляющих транзисторов и общей шиной питания. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что, с целью упрощения источника обратного напряжения, а также обеспечения возможности дискретного изменения величины напряжения смещения, базы коммутирующих транзисторов соединены через два встречно-последовательно включенных диода, общий вывод которых соединен с эмиттерами управляющих транзисторов и с общей шиной через введенный конденсатор, параллельно которому подключены N введенных диодов, при этом величина напряжения смещения выбирается в пределах больше нуля, но меньше амплитуды напряжения обмотки обратной связи трансформатора.