Устройство для стабилизации тока магнетрона Советский патент 1985 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено, например, в импульсных передатчиках СВЧ для формирования импульсов тока стабильной амплитуды, подаваемых на магнетрон, а также в установках для ускорения заряженных частиц. Известно устройство для стабилизации тока магнетрона, которое соде жит импульсный модулятор с частичным разрядом емкостного накопителя через электронную лампу, например триод с защитной сеткой, к выходу которого подключен магнетрон, основ ной источник питания, к положительному полюсу которого подключены последовательно соединенные балласт ный резистор и первый конденсатор, одна из обкладок которого соединена с общей шиной и отрицательным полюсом источника питания, а к другой обкладке конденсатора присоединен вход питания усилителя импульсов с выходным трансформатором, управляющий вход усилителя, зашунтированный резистором, соединен непосредственн с вьгходом генератора импульсов запуска и через разделительный диод с выходом усилителя постоянного ток вход которого подключен к выходу делителя напряжения, включенного последовательно с источником опорно го напряжения между входом-питания усилителя импульсов и общей шиной, а также ограничительный диод, анод которого соединен с управляющим входом импульсного модулятора, а катод подключен к входу питания усилителя импульсов }. Однако в этом устройстве рассеивается большая мощность в балластн резисторе в процессе стабилизации тока магнетрона, что приводит к уменьшению КПД. Кроме того, устройство обладает недостаточно высокой стабильностью длительности импульсо тока магнетрона. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ус ройство, содержащее импульсньй коду лятор с частичнь м разрядом емкостйо го накопителя через коммутирующую :электронную лампу, например триод с защитной сеткойj к выходу модулятора подключен магнетрон, основной источник питания, к положительному полюсу которого подключены последовательно соединенные балластный резистор и первый конденсатор, одна из обкладок которого соединена с общей шиной и отрицательньм полюсом источника питания, к другой обкладке конденсатора присоединен вход питания усилителя импульсов, выполненного, например, на транзисторе с выходным трансформатором в цепи коллектора, управляющий вход усилителя импульсов, зашунтированньй резистором (например, база транзистора), соединен непосредственно с выходом генератора импульсов запуска и через разделительный диод - с выходом уси;лителя постоянного тока, вход которого подключен к выходу делителя напряжения, включенного последова|тельно с источником опорного напряжения между входом питания усилителя импульсов и общей шиной, ограничитель амплитуды в составе соединенных последовательно ограниченных резистора, диода и конденсатора, подключенный параллельно выходу усилителя импульсов, анод ограничительного диода связан с управляющим входом импульсного Модулятора (например, с сеткой коммутирующей лампы), фиксирующий диод, анод которого подключен к общей точке соединения балластного резистора и первого конденсатора, катод фиксирующего диода соединен с катодом ограничительного диода, а параллельно фиксирующему диоду включен резистор 2J. Недостатками известного.устройства ,низкие КПД, а также стабильность длительности импульсов тока магнетрона, что вызвано значительными потерями энергии в балластном резисторе и на коллекторе транзисто-, Кроме того, протекание тока коллектора транзистора через обмотку в паузах между импульсами вызьшает нежелательное подмагничивание магнитопровода трансформатора. В ряде случаев из-за этого увеличиваются искажения формы импульсов, кроме того, длительность среза выходных Импульсов усилителя оказывается зависящей от степени насыщения транзистора, -которая зависит от температуры. Поэтому а ряде случаев длит.ельность среза этих импульсов, g следовательно, и длительность импульсов тока магнетрона оказывается недостаточно стабильной. 3114 Целью изобретения является повышение КПД и стабильности длительности импульсов тока магнетрона. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для стабилизации тока магнетрона, содержащее импульсный модулятор с частичным разрядом емкостного накопителя через электронный триод с защитной сеткой выход модулятор.а соединен с клеммами для подключения магнетрона, отрицательный входной вывод соединен с общей шиной, последовательно соединенные балластный резистор и первы конденсатор, первая обкладка которого соединена с общей шиной и отрицательным полюсом основного источника питания, усилитель импульсов, вьшолненный на выходном трансформаторе и транзисторе, коллектор которого соединен с первым выводом первичной обмотки выходного трансформатора, выходная обмотка которого одним из выводов соединена с общей шиной, управляющий вход усилителя импульсо зашунтированный резистором, соедине с выходом генератора импульсов запуска, усилитель постоянного тока, входом соединенньй с выходом делите ля напряжения, включенного последовательно с источником опорного напряжения , положительньй полюс которого соединен с общей шиной, ограни читель амплитуды из последовательно соединенных ограничительных резисто ра, диода и конденсатора подключен параллельно выходной обмотке трансформатора усилителя импульсов, причем один из выводов конденсатора ограничителя амплитуды соединен с общей шиной, а анод диода соединен с управляющим входом импульсного мо дулятора, фиксирующий диод, анодом подключенный к точке соединения балластного резистора и первого конденсатора, введены регулирующий транзистор и низковольтньй источник питания, отрицательный полюс которого соединена с общей шиной и эмит тером регулирующего транзистора, база которого соединена с выходом усилителя постоянного тока, а коллектор подключен к точке соединения первого конденсато1)а и балластного резистора, другой вьгоод которого соединен с положительным полюсом ни ковольтного источника питания, катод фиксирующего диода подключен к коллектору транзистора усилителя импульсов, вход делителя напряжения подключен к точке соединения конденсатора с катодом диода в ограничителе амплитуды, положительный входной вывод подключен к второму выводу первичной обмотке выходного трансформатора усилителя импульсов. На чертеже приведена принципиальная электрическая схема устройства. Устройство для стабилизации тока магнетрона содержит импульсный модулятор 1 с частичным разрядом емкостного накопителя 2 через электронную лампу 3 (например, триод с защитной сеткой), Цепь заряда накопителя 2 содержит источник питания с напряжением Е и резисторы 4 и 5. Цепь управляющего входа модулятора 1 (цепь сетки лампы 3) имеет в своем составе RG-цепочку 6 и 7 и источник напряжения смещения - Е.. К выходу модулятора присоединен магнетрон 8. Имеются также основной источник 9 питания с напряжением Е., последовательно соединенные балластный резистор 10 и первый конденсатор 11, первая обкладка которого соединена с общей шиной и отрицательным полюсом источника 9 питания, усилитель 12 импульсов, вьтолне нный, например, на транзисторе 13 с выходным трансформатором 14, с обмотками 15 и 16. Коллектор транзистора 13 соединен через первичную обмотку 15 с положительным полюсом источника 9 питания. Управляющий вход усилителя 12 (например, база транзистора 13) зашунтирован резистором 17 и соединен с выходом генератора 18 импульсов запуска. Вход усилителя 19 постоянного тока подключен к выходу делителя 20 напряжения, включенного последовательно с источ ником 2 опорного напряжения, положительный полюс которого соединен с общей шиной. Ограничитель 22 a mлитyды в составе соединенных последовательно резистора 23, диода 24 и конденсатора 25 подключен параллельно выходу усилителя 12 импульсов, т.е. параллельно обмотке 16 трансформатора 14. Анод диода 24 связан с управляющим входом импульсного модулятора 1 (например, с сеткой электронной лампы 3 через конденсатор 7), Анод фиксирующего диода 26 подключен к общей точке соединения балластного резистора 10 и конденсатора 11. При этом отриJ11дательный полюс источника 27 соедииен с общей шиной и эмиттером транзистора 28, база которого соединена с выходом усилителя 19 постоянного тока, а коллектор подключен к точке соединения конденсатора 11 и резистора 10. Другой вьшод резистора 10 соединен с положительным полюсом источника 27. Катод диода 26 подклю чен к коллектору транзистора 13 в усилителе 12, Вход делителя 20 напряжения подключен к общей точке соединения конденсатора 25 с катодо диода 24. Вход питания усилителя 12 т.е. второй вывод обмотки 15, соеди нен с положительным полюсом источни ка 9 . Устройство работает следующим йбразом. В исходном состоянии в паузах между импульсами лампа 3 в модулято ре 1.заперта отрицательным напряжением смещения - Е по сетке, которое поступает через резистор 6. Накопитель 2 заряжен до напряжения Е через резисторы 4 и 5. Транзистор 13 и диод 26 заперты, на конденсаторе 25 имеется некоторое Напряжение . , примерно равное амплитуде импульсов на обмотке 16. Транзистор 28 находится в активном режиме - к его базе приложено напряжение от выхода усилителя 19 постоянного тока. Если напряжение Е на конденсаторе 25, определяющее амплитуду выходных импульсов Е„ усилителя 12 (на обмотке 16) под действием дестабилизирующих фак торов в виде возрастания напряжения ЕЗ начнет превышать номинал, то увеличивается напряжение ошибки на ин вертирукицем входе усилителя 19. (Оно образуется путем алгебраического сло жения части напряжения Ё с опорным отрицательным напряжением от источника 21 в делителе 20). В результате выходное напряжение усилителя 19 получает отрицательное приращение. Транзистор 28 начинает запираться, уменьшается ток его коллектора, протекающий через резйстор 10, и на нем создается умень шенное падение напряжения. В резуль тате напряжение Е на конденсаторе 11 увеличится иа столько, на сколько возросло и напряжение Eg источника 9. При поступлении очередного импул са запуска с заданной длительностью or выхода генератора 18 на базу транзистора 13 последний отпирается. При этом отпирается и диод 26, и минимальное напряжение на коллекторе открытого транзистора 13 станет равным напряжению Е на конденсаторе 11. В результате на обмотке 15 трансформатора 14 образуется им пульс Е., с амплитудой, равной ЕЭ-Е,, Соответственно амплитуда выходных импульсов на обмотке 16 (т.е. на выходе усилителя 12) равна (ЕЭ-Е,,) где п - коэффициент трансформации обмоток 15 и 16. Таким образом, при появлении тенденции к возрастанию амплитуды импульсов Е например, из-за увеличения напряжения Е и соответственно напряжения Ejj- под действием контура обратной связи из элементов 10 и 11, 19-21 и 26-28 начинает возрастать напряжение Е до тех пока напряжения Е., и Е jy не достигнут вновь заданных номинальных величин. При отпирании лампы 3 импульсом со стабильной амплитудой происходит частичный разряд емкостного накопителя 2. При этом на катоде магнетрона 8 формируется модулирую.щий импульс заданной длительности. Напряжение Ё (обычно порядка десятков вольт), поступающее на коллектор транзистора 13 от конденсатора 11 через диод 26 во время импульса, препятствует насыщению транзистора 13. Благодаря этому резко уменьшается величина времени его выключения. В результате повьшается стабильность и уменьшается сама величина длительности среза выходных импульсов усилителя 12, а следовательно, и стабильности длительности импульсов тока магнетрона. Амплитуда импульса E,,g на сетке ампы 3 имеет вначале фиксированное значение . (ЕЗ-Е,, const. в дальнейшем в течение импульса | апряжение на конденсаторе 25 начинает линейно нарастать. В результат к концу импульса лампа 3 открываетс в ьольшей мере, чем вначале, что позволяет аналогично известному уст ройству скомпенсировать спад тока магнетрона 8, обусловленный разрядо накопителя 2, не прибегая к увеличению его емкости. Постоянная време ни цепи, образованной резистором 10 и конденсатором 11, выбирается существенно большей,, чем длительнос импульса. Поэтому действием контура обратной связи в течение импульса можно пренебречь. Стабилизация импульсного тока магнетрона при колебаниях напряжений Eg и/или EJ обеспечивается благодаря тому, что лампа 3 работает в недонапряженном режиме и имеет в этих условиях (при const) большое внутреннее динамическое сопротивление, намного большее, чем сопротивление магнетрона. Лампа 3, таким образом, при const работает как генератор стабильного тока. Напряжение Е низковольтного источника 27 выбирается в несколько раз меньшим, чем напряжение Е. основного источника 9. Действительно, если ожидаемая нестабильность напряжения Eg составляет ±10% относительно номинала Е , то напряжение Е, равно 0,2 Е. Из уравнения (3) следует, что, например, при наименьшей величине Ед 0,9 Ецд„ наименьшее значение напряжения Е будет близко к нулю, а при наибольшей величине Eg М, 1 , для сохранения постоянства значения Е необходимо иметь наибольшую величину Е В результате мощность, рассеиваемая как в резисторе 10, так и на коллекторе транзистора 28, оказывается меньшей, чем в известном устройстве, в результате чего увеличивается КПД.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ТОКА МАГНЕТРОНА, содержащее импульсный модулятор с частичньм разрядом емкостного накопителя через электронный триод с заЕсдитной сеткой, выход модулятора соединен с клеммами для подключения магнетрона, отрицательный входной вывод соединен с общей шиной, последовательно соединенные балластный резистор и первый конденсатор, первая обкладка которого соединена с общей шиной, усилитель импульсов, выполненный на выходном трансформаторе и транзисторе, коллектор которого соединен с первым выводом первичной обмотки выходного трансформатора, выходная обмотка которого одним из выводов соединена с общей шиной, управллюпа й вход усилителя импульсов зашунтирован резистором и соединен с выходом генератора импульсов запуска, усилитель постоянного тока, входом соединенный с выходом делителя.напряжения, включенного последовательно с источником опорного напряжения, положительный полюс которого соединен с общей шиной, ограничитель амплитуды из последовательно соединенных ограничительных резистора, диода и конденсатора подключен параллельно выходной обмотке трансформатора усилителя импульсов, причем один из выводов конденсатора ограничителя амплитуды соединен с общей шиной, а анод диода соединен с управляющим входом импульсного модулятора, фиксирующий диод, анодом подключенньй к точке соединения балластного резистора и первого конденсатора, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД и стабильности длитель8 ности импульсов тока магнетрона, в него введены регулирующий транзистор (Л и низковольтный источник питания, отрицательный полюс которого соединен с общей шиной и эмиттером регулирующего транзистора, база которого соединена с выходом усилителя постоянного тока, а коллектор подключен к точке соединения конденсатора и балластного резистора, другой вывод которого соединен с положительным полюсом низковольтного источника питания, катод фиксирующего диода подключен к коллектору транзистора усилителя импульсов, вход делителя напряжения подключен к точке соединения конденсатора с катодом диода в ограничителе амплитуды, положительный входной вывод подключен к второму выводу первичной обмотки выходного трансформатора усилителя импульсов.