Генератор импульсного напряжения Советский патент 1990 года по МПК H03L1/00 

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в радиопередающих и преобразовательных устройствах.

Цель изобретения - повьшение стабильности выходного напряжения.

На фиг. 1 приведена структурная схема генератора; на фиг, 2 - временные диаграммыс

Генератор содержит последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор 1., первьй фильтр 2 нижних частот и двухтактньй ключевой генератор 3, а также весовой сумматор 4, второй фильтр 5 нижних частот, диодно-резистивный сумматор 6, входную шину 7, первую и вторую выходные шины 8, 9, соединенные соответственно с первым и вторым выходами двухтактного ключевого генератора 3 и соответственно с первым и вторым диодными входами диодно-резистивного сумматора 6, резистивный вход которого соединен с выходом первого фильтра 2, а выход - с входом второго фильтра 5. Входная пина 7 соединена с первЫм входом весового сумматора 4, второй вход которого соединен с выходом второго фильтра 5, а выход - с входом ширртно-импульсного модулятора 1, вход обратной связи которого соединен с выходом первого фильтра 2. Двухтактный ключевой генератор 3.содержит задающй генератор 10, прямой и инверсный выходы которого соединены с базами первого и второго транзисторов 11, 12 соответственно, эмиттеры которых соединены с общей шиной, а коллекторы являются соответственно первым и вторым выходами двухтактного ключевого генератора 3 и соединены с крайними выводами первичной обмотки трнасформатора 13, средний, вывод которой является входом двухтактного ключевого генератора 3.

Весовой сумматор 4 содержит с первого по третий резисторы 14 - 16, первые выводы которых объединены и . образуют выход весового сумматора 4, вторые выводы первого и второго резисторов 14, 15 являются соответственно первым и вторым входами весового сумматора 4, а второй вывод третьего резистора 16 соединен с .общей шиной.

Диодно-резистивный сумматор 6 содержит первый и второй резисторы 17, 18, первый и второй диоды 19, 20, катоды которых являются первым и вторым диодными входами диодно-резистив ного сумматора 6, а аноды объединены с первыми выводами первого и второго резисторов 17, 18 и образуют выход дйодно-резистивного сумматора 6, резисторным входом которого является второй вывод первого резистора 17, а второй вывод второго резистора 18 соединен с общей шиной.

Широтно-импульсный модулятор 1 предназначен для формирования мощных импульсов напряжения, относительная длительность которых пропорциональна входному сигналу (с учетом сигнала обратной связи). Он может содержать генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к первому входу компаратора, на второй вход которого подается входной сигнал (за вычетом сигнала обратной связи). Выходной -сигнал компаратора усиливается ключевым усилителем до требуемого уровня мощности.

В широтно-импульсном модуляторе может быть применена внутренняя обратная связь для стабилизации его характеристик, такая обратная связь может быть, достаточно глубокой (до. 20 дБ и более)о

Первый фильтр 2 служит для выделения полезных низкочастотных составляющих из импульсного сигнала с широтно-импульсной модуляцией и, как правило, содержит одно или два LC-звена.

Второй фильтр 5 служит для сглаживания напряжения с выхода сумматора 6, имеющего короткие выбросы либо проколы в моменты переключения двухтактного ключевого генератора 3 Этот фильтр 5 может . быть выполнен наRG- или LC-звене с частотой среза, в 10 - 100 раз превышающей частоту переключения двухтактного ключевого генератора 3с

Устройство работает следующим образом.

Пусть на входную шину 7 подается напряжение U (фиг 2а), тогда на выходе весового сумматора 4 образуется напряжение +U5-K,j, где К, и К 2 коэффициенты передачи сумматора 4 по первому и второму входам соответственно; U5 - напряжение на втором входе весового сумматора 4 (с выхода второго фильтра 5), На выходе широтно-импульсного модулятора 1 формируется импульсный сигнал U1 (фиг. 26), длительность t импульсов которого пропор1диональна сигналу U4 на входе широтно-импульсного модулятора t Кц, U4, где Т - период следования импульсов; К ц, - коэффициент передачи модулятора 1 (с учетом обратной связи с выхода первого фильтра 2), Фильтр 2 вьщеляет из импульсной последовательности постоянную (низкочастотную) составляющую напряжения (фиг. 2в), где Е - амплитуда импульсов Ulo Напряжение U2 поступает на вход (шину питания) двухтактного ключевого генератора 3. При этом за счет обратной связи с выхода первого фильтра 2 (даже сравнительно небольшой глубины: 6 - 8 дБ) и наличия внутренней обратной связи в широтно-импульсном модуляторе 1 (которая может быть достаточно глубокой) напряжение на выходе первого фильтра 2 с высокой точностью повторяет (с коэффициентом пропорциональности К) входное напряжение U4 широтно-импульсного модулятора 1, т.е U2 Кц,. 114. Па выходе двухтактного ключевого генератора 3 формируется двухполярное импульсное напряжение заданной частоты, амплитуда которого в идеальном случае равна напряжению U2 на- выходе первого фильтра 2. Под амплитудой име имеется в виду половина размаха напряжения на обмотке трансформатора .13 За счет су1цествонания не равного нулю остаточного напряжения И на клю чевых элементах двухтактного ключевого генератора 3 (зависящего от его сопротивления нагрузки, в общем случае нелинейно) амплитуда его выходного напряжения )2-1;,.. (фиг , 2 г,д) В реальных устройстилх величина U при изменении сопротивления нагрузки от холостого хода до номинального может составлять до 10 - 30% U2 (при изменении U2 от 0,3 до 0,9 Е). В устройствах, работающих на частотах выше нескольких сотен килогерц,в двухтактных ключевых генераторах 3 используется только ненасыщенный режим работы транзисторов, характеризую1Г1 1йся еще более , высоким падением на них напряжения, что приводит к еще большему Таким образом, амплитуда выходного сигнала U3 зависит от U .. , Нап ряжения на первом и втором выходах двухтактного ключевого генератора 3 противофазны и принимают значения лилибо 2U2-U, Эти сигналы ост i.« ост поступают на диодные входы диодно-резистивного сумматора 6, На его резистивный вход подается напряжение U2, которое с помощью делителя на резисторах 17, 18 образует на выходе диодно-резистивного сумматора 6 напряжение, превьшающее наибольгаее }(.при отключенных его диодных входах либо запертьк транзисторах 11 и 12). При работе устройства напряжение на одном из выходов (относительно общей шины) двухтактного ключевого генератора 3 всегда (за исключением длительности фронтов) принимает значение в результате чего напряжение U6 на выходе диодно-резистивного сумматора также принимает значегше (за. исключением длительности фронтов), т.к, передается на выход диодно-резистивного сумматора 6 через один из диодов 19 или 20о При работе устройства на повьш1енных частотах, когда длительность этапов переключений становится соизмеримой с периодом переключений (составляет единицы процента периода переключений), во время этих этапов переключений оба диода диодно-резистивного сумматора 6 закрыты и напряжение на его выходе определяется делителем на резисторах 17 и 18о Это вызывает короткие импульсы на фоне U в напряжении U6 (фиг, 2е). Дпя исключения влияния этих выбросов на работу широтно-импульсного модулятора сигнал с вьп:ода диодно-резистивного сумматора 6 поступает через второй фильтр, сглаживающий напряжение U6 (фиг. 2 т). Частота среза этого фильтра выбирается существенно большей как рабочей частоты двухтактного ключевого генератора 3, так и частоты переключений широтно-импульсного модулятора 1, и обычно должна составлять сотни килогерц - единицы мегагерц. Далее сглаженный сигнал ,,. суммируется с требуемым весом (К,) с входным сигналом U, чем увеличивается сигнал U4 на входе широтно-импульсного модулятора 1 На величину, необходимую для компенсации остаточного напряения и, следовательно, обеспечивается стабилизация уровня выходного сигнала устройства независимо .от вёичины и, . Условие полной компенсации ожет бьпь определено из следующих соотношений:

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в радиопередающих и преобразовательных устройствах. Цель изобретения - повышение стаильности выходного напряжения. Для достижения цели в устройство, содержащее широтно-импульсный модулятор 1, фильтр 2 нижних частот, двухтактный ключевой генератор 3, введены весовой сумматор 4, фильтр 5 нижних частот и диодно-резистивный сумматор 6. На выходе диодно-резистивного сумматора 6 выделяется напряжение U ост, равное напряжению на открытых транзисторах в двухтактном ключевом генераторе 3. Обратная связь через фильтр 5 и весовой сумматор 4 обеспечивает компенсацию изменений U ост, возникающих из-за различных причин. Тем самым существенно повышается стабильность амплитуды выходного напряжения. 2 ил.