Способ получения импульсов регулируемой длительности с использованием формирующей линии Советский патент 1990 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в технологических электрофизических установках.

Цель изобретения - повышение стабильности амплитуды выходных импульсов при изменении их длительности и уменьшение длительности их среза,

Спосрб получения импульсов регулируемой длительности с использованием формирующей линии заключается в резонансном заряде формирующей линии от источника питания, а затем ее разряде с. одного входа на нагрузку, а с другого входа на источник питания, причем задерживают начало разряда формирующей линии на источник питания относительно начала ее разряда на нагрузку, формирующую линию дополнительно разряжают со входа, соединенного с нагрузкой в режиме короткого замыкания в течение времени Т, величину которого изменяют в соответствии с изме.нением длительности формируемых на нагрузке .импульсов, причем отношение максимального значения времени Т к максимальной длительности формируемых на нагрузке импульсов Гт не должно превы14Си

шать значения - где а - - отношение

Сл

(fr

емкостей источника питания Сип и формирующей линии Сл; Щ - КПД разряда формирующей линии в режиме короткого замыкания, а начало времени Т дополнительного разряда формирующей линии выбирают совпадающим со срезом выходных импульсов.

Способ получения импульсов регулируемой длительности заключается также в том, что время Т дополнительного разряда формирующей линии изменяют пропорцинально квадрату длительности формируемых на нагрузке импульсов в соответствии с выражением

(1У.+1)2 TTfn 2 „ Тт fm

где Гц - длительность (Нормируемых на нагрузке импульсов;

То - постоянная величина для задания начального значения времени Т при нулевой длительности формируемых на нагрузке импульсов.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для получения импульсов регулируемой длительности.

Устройство содержит формирующую линию 1, блок 2 резонансного заряда, источник 3 питания, нагрузку 4, первый управляемый ключ 5, второй управляемый ключ 6,

третий управляемый ключ 7 и блок 8 управления.

Первый вход линии 1 через ключ 7 соединен с общим выводом линии 1 и первым выводом источника 3 питания, второй вывод которого через ключ 6 подключен ко второму входу линии 1, а через блок 2 соединен с зарядным входом линии 1.

Параллельно ключу 7 включены последовательно соединенные нагрузка 4 и ключ 5. Выходы блока 8 управления соединены соответственно с управляющими входами ключей 5-7.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии линия 1 заряжена до некоторого отрицательногб напряжения - UH, на выходе источника 3 питания

напряжение Uo + AU, все ключи включены, токов в цепях нет. Под действием суммарно- го напряжения Uo + Ли + UH в зарядном контуре, состоящим из источника 3 питания, блока 2 резонансного заряда и линии 1, линия 1 будет заряжаться резонансно и зарядится до напряжения, определяемого выражением

ил K(Uo + Аи + UH) - UH, где К - коэффициент резонансного заряда

формирующей линии 1, характеризующий параметры зарядного контура.

По окончании заряда линии 1 и восстановления рабочего напряжения Uo на выходе источника 3 питания линию 1 разряжают

через ключ 5 на нагрузку 4 и с задержкой Тзадчерюзключб на источник 3 питания. При этом напряжение на выходе источника 3 питания будет возрастать по мере возврата энергии из линии 1, а в нагрузке 4 будет

формироваться импульс тока, длительность которого при заданном Тзад могла бы быть равной г+ Гзад , где т - время пробега волной всей формирующей линии. Однако, за время Т до окончания разряда линии 1 на

нагрузку 4 линию 1 дополнительно разряжают через ключ 7 в режиме короткого замыкания, Вследствие этого длительность формируемого на нагрузке 4 импульса уменьшается до величины г + Тгад - Т, а

формирующая линия 1 перезаряжается до отрицательного напряжения - Он, равного Jn .По завершении упомянутых .

рядов соответствующие управляемые ключи запираются, и схема приходит в исходное состояние. При этом окончательный прирост напряжения AU источника питания 3 за счет возврата в него энергии из линии

1 составит величину

../1 -liiLltZ л

AU Ja(s;)

Jo C4 Tm

Далее процессы в схеме периодически повторяются. Если теперь изменить длительность формируемых на нагрузке 4 импульсов изменением времени задержки Гзад, то изменится и время возврата энергии из линии 1 в источник 3 питания. Вследствие этого изменится исходное напряжение Uo +Ди на выходе источника 3 питания . Знак изменения напряжения в исходном состоянии на выходе источника 3 питания будет противоположен знаку заданного изменения длительности импульса на нагрузке 4: при увеличении длительности импульса, напряжение на выходе источника 3 питания уменьшается, и наоборот, при уменьшении длительности импульса оно увеличивается. Однако изменения напряжения заряда УЛ линии 1 в очередном зарядном цикле не происходит, так как вследствие изменения времени Т, в течение которого линию 1 разряжают в режиме короткого замыкания, изменяется и отрицательное напряжение перезаряда линии 1. Это изменение отрицательного напряжения формирующей линии 1 в исходном состоянии и обеспечивает компенсацию изменения напряжения на выходе источника 3 питания.

Понижение нестабильности амплитуды импульсов на нагрузке 4 при изменении их длительности за счет соответственного измененения времени Т возможно лишь при условии, если максимальное значение Т (при формировании импульсов максимальной длительности) не превышает определенного значения. Можно показать, используя приведенные выражения для Аи при нулевой длительности импульса на нагрузке 4 и UH при максимальном времени Т, соответствующем максимальной длительности импульса на нагрузке 4 Гмакс, что отношение максимального времени Т к максимальной длительности получаемых импульсов, при котором обеспечивается понижение нестабильности амплитуд этих импульсов при изменении их длительности, не

должно превышать значения - .

cfrj

Реализация изменения времени Т в соответствии с длительностью формируемых на нагрузке 4 импульсов не вызывает трудностей и в простейшем случае может быть осуществлена в блоке управления 8 за счет механической связи между переключателем длительности импульса на нагрузке 4 и переключателем синхронизации узла блока 8,

который управляет работой управляемого ключа 7.

Таким образом, вследствие того, что формирующую линию 1 дополнительно разряжают в режиме короткого- замыкания, а время этого разряда изменяют в соответствии с изменением длительности получаемых импульсов, нестабильность напряжения зарядки Ул формирующей линии 1, а значит и амплитуды получаемых импульсов, уменьшается.

Выбор оптимального времени Т может быть произведен из условия, что напряжение з.рядки ил формирующей линии 1 должно оставаться постоянным при любой длительности получаемых импульсов. Расчет показывает, что оптимальное время Т приближенно может.быть определено следующим выражением

т 4 .. Гц Тс

Ггг. Тт 1

Таким образом, изменяя время разряда формирующей линии 1 в режиме короткого замыкания Т в соответствии с изменением длительности формируемых на нагрузке 4 импульсов согласно полученному выражению, обеспечивают с достаточной для практики точностью минимальную нестабильность амплитуд получаемых импульсов,

Дополнительный разряд формирующей линии 1 в режиме короткого замыкания можно производить с любого из двух входов формирующей линии 1: со стороны нагрузки, как это описано, а также со стороны источника 3 питания. Получаемый эффект повышения стабильности амплитуды получаемых импульсов от этого не изменяется. Од-нако предпочтительным является разряд со входа, соединенного с нагрузкой 4, если начальное значение вреМени Т дополнительного разряда выбрать равным длительности среза формируемого на нагрузке 4 импульса. Это обусловлено тем, что улучшается форма получаемых импульсов, так как увеличивается крутизна из среза и устраняются послеимпульсные колебания на нагрузке 4, свойственные генераторам с формирующи-. ми линиями. Кроме того, независимость длительности среза импульса от параметров формирующей линии 1 при таком способе дает возможность применения любой известной цепи коррекиии фронта или вершины получаемого импульса без ухудшения эффективности его воздействия на объект в области среза. Наличие некоторого начального значения времени Т позволяет дополнительно повысить точность установки требуемого значения Т при малых длительностях получаемых импульсов. Аналогичный эффект будет достигаться и при разряде формирующей линии 1 со второго входа, однако при этом на величину этого начального значения TO дополнительно будет уменьшена и максимальная длительность получаемых импульсов.

Формула изобретения 1. Способ получения импульсов регулируемой длительности с использованием формирующей линии, заключающийся в том, что формирующую линию резонансно заряжают от источника питания, а затем ее разряжают с одного входа на нагрузку, а с другого входа - на источник питания, причем задерживают начало разряда формирующей линии на источник питания относительно начала ее разряда на нагрузку, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности амплитуды выходных импульсов при изменении их длительности и уменьшения длительности их среза, формирующую линию дополнительно разряжают с входа, соединенного с нагрузкой, в режиме короткого замыкания в течениевремени Т, величину которого изменяют в соответствии с изменением длительности формируемых -на нагрузке импульсов, причем отношение максимального значения времени Т к максимальной длительности формируемых на нагрузке импульсов Гм определяют из выражения

Сл

где а - -ж-й - отношение емкостей источни

ка питания Сщ и формирующей линии дг tj- КПД разряда формирующей линии в режиме короткого замыкания, а начало времени Т дополнительного разрядд выбирают совпадающим со срезом выходных импульсов.

2.Способ по п.1, от /i и ч а ю щ и и с я тем, что время Т дополнительного разряд формирующей линии изменяют в соответствии с выражением

/ ,Tov2

Гм WM Гм

где Ги- длительность формируемых на нагрузке импульсов;

То - постоянная величина для задания начального значения времени Т при нулевой длительности формируемых на нагрузке импульсов.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в технологических электрофизических установках. Цель изобретения - повышение стабильности амплитуды выходных импульсов при изменении их длительности и уменьшение длительности их среза. Устройство, реализующее способ, содержит формирующую линию 1, блок 2 резонансного заряда, источник 3 питания, нагрузку 4, ключи 5-7, блок 8 управления. Введение в устройство ключа 7 и формирование блоком 8 управления импульсов, управляющих ключами 5-7, по заданному алгоритму позволило получить минимальную нестабильность амплитуды выходных импульсов при изменении их длительности путем соответствующего изменения времени разряда линии 1 в режиме короткого замыкания. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.