Формирователь высоковольтных импульсов специальной формы Советский патент 1992 года по МПК H03K4/02 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования импульсов специальной формы, в частности, в импульсных радиопередающих устройствах

Известен генератор импульсных напряжений, содержащий две п-последовательно соединенные параллельно расположенные индуктивные зарядные цепи, источник напряжения, трехэлектродный разрядник, двухэлектродные разрядники, резисторы и поджигающее устройство 1.

Недостатком этого устройства является фиксированная форма импульса, определяемая полным разрядом конденсаторов. Такая форма импульса не может быть использована в радиопередающих устройствах с СВЧ-генератором. При настройке, а также необходимости изменения параметров выходного модулирующего импульса в этом устройства необходимо изменение всей высоковольтной части, что обуславливает низкую технологичность настройки.

Наиболее близким А изобретению технически решением, принятым за прототип, является устройство для формирования импульсов ступенчато-аппроксимированной формы, содержащее источник импульсного сигнала, N пороговых элементов, N-1 элементов И, N-1 инверторов, N линейных ключей, N-1 секционных ключей, N источников напряжения и выходную шину 2,

Недостатком этого устройства являются большие массы и габариты, поскольку боль(Л

00

ел

кэ

,. ;.: количество элементов (линейные и секционные ключи, источники питания) находятся под потенциалом, т.е. каждый последующий элемент под потенциалом предыдущего. Оба известных устройства имеют низкую стабильность амплитуды выходного импульса, т.к. в них отсутствует обратная связь с выхода устройств на элементы формирования составляющих выходной импульс сигналов.

Цель изобретения - стабилизация тока нагрузки.

По сравнению с прототипом, в заявленном формирователе высоковольтных импульсов специальной формы стабилизация тока нагрузки осуществляется за счет того, что питающие шины с первого по N-й пороговых формирователей объединены и через переход коллектор-эмиттер первого транзистора подключены к первому источнику питания. Управление первым транзистором осуществляется с помощью второго и третьего транзисторов, причем база третьего транзистора подключена к пиковому детектору со смещением, выполненному на пятом, шестом, седьмом и восьмом резисторах, третьем конденсаторе, диоде и втором источнике постоянного напряжения, а вход пикового детектора соединен с датчиком тока нагрузки, в качестве которого используется девятый резистор. Для сглаживания неравномерностей импульса на нагрузке в заявленном устройстве применен фильтр, включенный между выходом формирователя и нагрузкой. Кроме этого. конст рукция пороговых преобразователей в заявленном формирователе позволяет за- питывать их от одного источника постоянного напряжения, что по сравнению с прототипом позволяет сократить количество высоковольтных элементов, а следовательно, улучшить массо-габаритные характеристики устройства.

Указанная цель достигается тем, что в формирователь импульсов специальной формы, содержащий источник управляющего сигнала, первый, второй и третий источники постоянного напряжения, с первого по N-й пороговые формирователи, причем выход источника управляющего сигнала соединен с управляющими входами с первого по N-й пороговых формирователей, введены первый, второй и третий транзисторы, диод, первый, второй и третий конденсаторы, с первого по девятый резисторы и фильтр, причем первый конденсатор включен между выходом первого источника постоянного напряжения и общей шиной, коллектор первого транзистора соединен с выходом первого источника постоянного

напряжения, эмиттер - со входами питания с первого по N-й пороговых формирователей, а база - через первый резистор с его же коллектором и непосредственно - с коллектором второго транзистора, эмиттер которого через второй резистор соединен с общей шиной, а база - через второй конденсатор с выходом третьего источника постоянного напряжения, коллектором третьего транзи0 стора и входами опорного напряжения со второго по N-й пороговых формирователей и через третий резистор с эмиттером третьего транзистора, который через четвертый резистор соединен с общей шиной, при

5 этом база третьего транзистора через параллельно включенные пятый резистор и третий конденсатор соединена с общей шиной и непосредственно - с катодом диода, анод которого соединен через шестой рези0 стор с общей шиной, через восьмой резистор - с выходом второго источника постоянного напряжения и через седьмой резистор с первым выходом первого порогового формирователя, соединенным также

5 через девятый резистор с общей шиной, кроме того, вторые выходы с первого по (Ы-1)-й пороговых элементов с ключами соединены с первыми выходами соответственно со второго по N-й пороговых фор0 мирователей, а фильтр включен между вторым выходом N-ro порогового формирователя и нагрузкой.

Первый пороговый формирователь содержит конденсатор, включенный между

5 входом питания и общей шиной, причем ко входу питания через параллельно соединенные диод и первичную обмотку импульсного трансформатора подключен коллектор транзистора, эмиттер и база которого через

0 первый резистор подключен к общей шине, база через второй резистор соединена с управляющим входом первого порогового формирователя первого импульса, а выводы вторичной обмотки импульсного трансфор5 матора являются его первым и вторым выходами.

Со второго по N-й пороговые формирователи содержат первый конденсатор, включенный между входом питания и общей

0 шиной, причем ко входу питания через первичную обмотку импульсного трансформатора подключен коллектор первого транзистора, эмиттер которого через параллельно соединенные первый резистор и вто5 рой конденсатор подключены к общей шине, база транзистора подключена через третий резистор к управляющему входу порогового формирователя, эмиттер первого транзистора подключен к эмиттеру второго транзистора, база которого подключена к

выходу потенциометра, один вывод которого подключен к коллектору второго транзистора и входу опорного напряжения порогового формирователя, а второй вывод потенциометра - к общей шине, при этом между выводами вторичной обмотки импульсного трансформатора, являющимися первым и вторым выходами порогового формирователя, включен диод.

На фиг. 1 изображена функциональная схема формирователя высоковольтных импульсов специальной формы; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу:

а - импульс на выходе источника управляющего сигнала;

б - импульсы на выходах первого порогового формирователя и со второго по N-й пороговых формирователей;

в - суммарный импульс на выходе N-ro порогового формирователя;

г - импульс на нагрузке.

Формирователь высоковольтных импульсов специальной формы содержит первый источник 1 постоянного напряжения, первый конденсатор 2, первый транзистор 3, первый резистор 4, второй транзистор 5, второй резистор 6, второй конденсатор 7, третий резистор 8, четвертый резистор 9, третий транзистор 10, пятый резистор 11. третий конденсатор 12, диод 13, шестой резистор 14, седьмой резистор 15, восьмой резистор 16, второй источник 17 постоянного напряжения, формирователь 18 управляющего сигнала, третий источник 19 постоянного напряжения, первый пороговый формирователь 20, со второго по N-й пороговые формирователи 21.1...21.N, фильтр 22, состоящий из катушки 23 индуктивности и конденсатора 24, и нагрузку 25 и девятый резистор 26. Первый пороговый формирователь 20 состоит из импульсного трансформатора 20.1 с обмотками 20.2 и 20.3, диода 20.4, конденсатора 20.5, транзистора 20.6, первого резистора 20.7 и второго резистора 20.8. Со второго по N-й пороговые формирователи 21 состоят из импульсного трансформатора 21.1с обмотками 21.2 и 21.3, первого конденсатора 21.4, диода 21.5, второго транзистора 21.6, потенциометра 21.7, первого ключевого транзистора 21.8, первого резистора 21.9. второго конденсатора 21.10, второго резистора 21.11 и третьего резистора 21.12.

Параллельно первому источнику 1 постоянного напряжения подключен первый конденсатор 2. К положительному полюсу первого источника 1 постоянного напряжения подключен коллектор первого транзистора 3, между коллектором и базой

которого включен первый резистор 4. База первого транзистора 3 подключена к коллектору второго транзистора 5. эмиттер которого через второй резистор 6 подключен 5 к общей шине, а база через второй конденсатор 7 - к коллектору третьего транзистор 10, положительному полюсу третьего источника 19 постоянного напряжения и входам опорного напряжения пороговых формиро- 10 вателей21.1.:.21.М. База второго транзистора 5 через третий резистор 8 подключена к эмиттеру третьего транзистора 10 и через четвертый резистор 9 - к общей шике. База третьего транзистора 10 через третий кон5 денсатор 12 и пятый резистор 11 подключена к общей шине и непосредственно - к аноду диода 13, анод которого через шестой резистор 14 подключен к общей шине, через восьмой резистор 16 - к отрицательному

0 полюсу второго источника 17 постоянного напряжения, а через седьмой резистор 15 к первому выходу первого порогового формирователя 20 и девятому резистору 26,- второй вывод которого подключен к общей

5 шине. Вторые выходы с первого порогового формирователя 20 по (N-IJ-й пороговый формирователь 21.N-1 соединены с первыми выходами соответственно со второго по N-й пороговых формирователей 21.1...21.N. а

0 второй выход N-ro порогового формирователя 21.N через фильтр 22, входом которого является один вывод катушки индуктивности 23, а выходом - другой, подключенный через конденсатор 24 к общей шине, и на5 грузку 25 подключен к общей шине. Выход источника 18 управляющего сигнала соединен с управляющими входами с первого .порогового формирователя 20 по N-й пороговый формирователь 21 N. Эмиттер первого

0 транзистора 3 соединен с входами питания с первого порогового формирователя 20 по N-й пороговый формирователь 21.N, а отрицательный вывод первого источника 1 постоянного напряжения, положительный

5 вывод второго источника 17 постоянного напряжения и отрицательный вывод третьего источника 19 постоянного напряжения подключены к общей шине.

Первый пороговый формирователь 20

0 состоит из импульсного трансформатора 20.1 с обмотками 20.2 и 20.3, диода 20.4. конденсатора 20.5, транзистора 20.6, первого резистора 20.7 и второго резистора 20.8, Конденсатор 20.5 включен между входом

5 питания и общей шиной, ко входу питания через параллельно соединенные диод 20.4 и обмотку 20.2 импульсного трансформатора 20.1 подключен коллектор транзистора 20.6, эмиттер которого и база через первый резистор 20.7 подключены к общей шине.

База транзистора 20.6 через второй резистор 20.8 соединена с управляющим входом первого порогового формирователя 20, а выводы обмотки 20.3 импульсного трансформатора 20.1 являются его первым и вторым выходами.

Со второго по N-й пороговые формирователи 21.2-21.N состоят из импульсного трансформатора 21.1с обмотками 21.2 и 21.3, первого конденсатора 21.4, диода 21.5, второго транзистора 21.6, потенциометра 21.7, первого ключевого транзистора 21.8. первого резистора 21.9, второго конденсатора 21.10, второго резистора 21.11 и третьего резистора 21.12. Первый конденсатор 21.4 включен между входом питания и общей шиной, ко входу питания через обмотку 21,2 импульсного трансформатора 21.1 подключен коллектор первого ключевого транзистора 21.8, эмиттер которого через параллельно соединенные первый резистор 21.9 и второй конденсатор 21.10 подключен к общей шине, база первого ключевого транзистора 21.8 через третий резистор 21.12 подключена к управляющему входу порогового формирователя, а через второй резистор 21.11 - к общей шине. Эмиттер первого ключевого транзистора 21.8 соединен с эмиттером второго транзистора 21.6, база которого подключена к выходу потенциометра 21.7, один вывод которого подключен к коллектору второго транзистора 21.6 и входу опорного напряжения пороговых формирователей 21.1...21.N. а второй вывод потенциометра - к общей шине. Между выводами обмотки 21.3 импульсного трансформатора 21.1, являющимися первым и вторым выходами пороговых формирователей 21.1-21.N, включен диод 21.5.

Формирователь высоковольтных импульсов специальной формы работает следующим образом.

К моменту прихода управляющего импульса с источника 18 управляющего напряжения на источнике 1 постоянного напряжения присутствует положительный потенциал, которым через первый транзистор 3 заряжены конденсаторы 20.5 первого порогового формирователя 20 и первые конденсаторы 21.4 со второго по N-й пороговых формирователей. Транзистор 20.6 первого порогового формирователя 20 и первые ключевые транзисторы 21.8 со второго по N-й пороговых формирователей закрыты, на их первых резисторах 21.9 и вторых конденсаторах 21.10 присутствует опорное напряжение, заданное потенциометрами 21.7 через вч орые транзисторы 21,6. На нагрузке 25 напряжение отсутствует.

В момент прихода управляющего импульса (см.фиг.2,а) на управляющий вход первого порогового формирователя 20 открывается транзистор 20.6, замыкая первичную обмотку 20.2 импульсного трансформатора 20.1 на конденсатор 20.5. На вторичной обмотке формируется импульс (см.фиг.2,б-1) по уровню 0-0 управляющего импульса, амплитудой; заданной

напряжением конденсатора 20.5 и коэффициентом трансформации импульсного трансформатора 20.1. Этим импульсом открываются диоды 21.5 со второго по N-й пороговых формирователей, и он через

фильтр 22 прикладывается к нагрузке 25. После достижения управляющим импульсом напряжения Uoni, выставленного во втором пороговом формирователе 21.1, открывается его первый ключевой транзистор

21.8, замыкая первичную обмотку 21,2 импульсного трансформатора 21.1 на первый конденсатор 21.4. При этом емкость второго конденсатора 21.10 выбирается таким образом, чтобы за время действия

импульса напряжение на нем изменялось незначительно. На вторичной обмотке 21.3 импульсного трансформатора 21.1 формируется импульс (см.фиг.2,б-2), который запирает диод 21.5 и. суммируясь с импульсом

первого порогового формирователя 20, проходит через открытые диоды 21.5 пороговых формирователей 21.1-21.N и через фильтр 22 прикладывается к нагрузке 25. При дальнейшем наростании фронта управляющего

импульса и его превышении опорных напряжений срабатывают поочередно пороговые формирователи 21.1-21.N, образуя ступенчатый фронт высоковольтного импульса, который сглаживается фильтром 22. После

0 прохождения вершины импульса путем последовательного отключения ключей 21.8 и 20.6, по мере уменьшения напряжения на управляющих входах пороговых формирователей 21.N-21.1 и 20 формируется спад

5 импульса.

Общее количество пороговых формирователей выбирается таким образом, чтобы выполнялось неравенство

50

п Уист Э: Аи

где п - количество пороговых формирователей;

UHCT- напряжение источника 1 постоян- ного напряжения;

Аимп - амплитуда импульса нагрузки.

Величина опорных напряжений пороговых формирователей 21.1-21.N определяется по формуле

Аи.

зап

П

i,

где Аи зап - амплитуда импульса запуска;

п - число пороговых формирователей 21.1-21.N;

1 - порядковый номер порогового формирователя.

Результирующий импульс/ сформированный формирователем высоковольтных импульсов и присутствующий на втором выходе порогового формирователя 21.N, изображен на фиг. 2,в, который после прохождения фильтра 22 прикладывается к нагрузке и приобретает вид, изображенный на фиг. 2,г.

В формирователе высоковольтных импульсов предусмотрена стабилизация тока нагрузки, которая осуществляется следующим образом,

После включения источников постоянного напряжения первый транзистор 3 закрыт, поскольку открыт второй транзистор 5 током, протекающим через заряжающийся второй конденсатор 7. По мере его заряда, первый транзистор 3 плавно открывается, увеличивая напряжение питания пороговых формирователей 20, 21.1-21.N. Это исключает бросок напряжения на нагрузке 25 в момент включения. Одновременно с возрастанием тока нагрузки 25 на девятом резисторе 26 увеличивается импульс напряжения, пропорциональный ее току. Этот импульс на сумматоре, выполненном на шестом резисторе 14, седьмом резисторе 15 и восьмом резисторе 16, складывается с отрицательным напряжением источника 17 постоянного напряжения, являющимся опорным. При превышении импульса тока через нагрузку 25 заданной величины импульс напряжения с девятого резистора 26 по абсолютному значению превышает напряжение источника 17 напряжения, приведенное к шестому резистору 14, и открывает диод 13, через который заряжается второй конденсатор 12. Это напряжение через переход база-эмиттер третьего транзистора 10 и третий резистор 8 прикладывается к базе второго транзистора 5, который, приоткрываясь, начинает, закрывать первый транзистор 3. Напряжение на его эмиттере, а следовательно, и на входах питания пороговых формирователей 20, 21.1-21.N уменьшается, и ток через нагрузку 25 стабилизируется. Поскольку напряжение на всех пороговых формирователях изменяется одновременно, форма выходного импульса не изменяется.

Формула изобретения 1. Формирователь высоковольтных импульсов специальной формы, содержащий источник управляющего сигнала, первый, 5 второй и третий источники постоянного напряжения, с первого по N-й пороговые формирователи и нагрузку, причем выход источника управляющего сигнала соединен с управляющими входами с первого по N-й 0 пороговых формирователей, отличающийся тем. что, с целью стабилизации тока нагрузки, в него введены первый, второй и третий транзисторы, диод, первый, второй и третий конденсаторы, с первого по девятый 5 резисторы и фильтр, причем первый конденсатор включен между выходом первого источника постоянного напряжения и общей шиной, коллектор первого транзистора соединен с выходом первого источника посто0 янного напряжения, эмиттер - со входами питания с первого по N-й пороговых формирователей, а база - через первый резистор и его же коллектором, непосредственно - с коллектором второго транзистора, эмиттер

5 которого через второй резистор соединен с общей шиной, а база - через второй конденсатор с выходом третьего источника постоянного напряжения, коллектором третьего транзистора и входами опорного нзпряже0 ния со второго по N-й пороговых формирователей и через третий резистор - с эмиттером третьего транзистора, который через четвертый резистор соединен с общей шиной, при этом база третьего транзистора

5 через параллельно включенные пятый резистор и третий конденсатор соединена с общей шиной и непосредственно - с катодом диода, анод которого соединен через шестой резистор с общей шиной, через восьмой

0 резистор - с выходом второго источника постоянного напряжения и через седьмой резистор - с первым выходом первого порогового формирователя, соединенным также через девятый резистор с общей

5 шиной, кроме того, вторые выходы с первого по (N-IJ-й пороговых элементов с ключами соединены с первыми выходами соответственно со втсрого по N-й пороговых формирователей, а фильтр включен

0 между вторым выходом N-ro порогового формирователя и нагрузкой.

2. Формирователь поп.1,отличаю- щ и и с я тем, что первый пороговый форми - рователь содержит конденсатор, включен5 ный между входом питания и общей шиной, причем ко входу питания через параллельно соединенные диод и первичную обмотку импульсного трансформатора подключен коллектор транзистора, эмиттер и базэ которого через первый резистор подключены к общей шине, база через второй резистор соединена с управляющим входом первого порогового формирователя первого импульса, а выводы вторичной обмотки импульсного трансформатора являются его первым и вторым выходами.

3. Формирователь по п.1, от л и ч а ю- щ и и с я тем, что со второго по N-й пороговые формирователи содержат первый конденсатор, включенный между входом питания и общей шиной, причем ко входу питания через первичную обмотку импульсного трансформатора подключен коллектор первого транзистора, эмиттер которого через параллельно соединенные первый рези0

5

стор и второй конденсатор, а также база через второй резистор подключены к общей шине, база ключевого транзистора подключена через третий резистор к управляющему входу порогового формирователя, эмиттер первого транзистора подключен к эмиттеру второго транзистора, база которого подключена к выходу потенциометра, один вывод которого подключен к коллектору второго транзистора и входу опорного напряжения порогового формирователя, а второй вывод потенциометра - к общей шине, при этом между выводами вторичной обмотки импульсного трансформатора, являющимися первым и вторым выходами порогового формирователя, включен диод.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в импульсных радиопередающих устройствах Цель изобретения -стабилизация тока нагрузки. Для достижения цели в формирователь, содержащий источник управляющего сигнала, три источника постоянного напряжения N пороговых формирователей и нагрузку, введены три транзистора, диод. три конденсатора, девять резисторов и фильтр. Ступенчатый импульс, имеющий форму, аппроксимирующую форму управляющего сигнала, формируется путем замыкания ключей в пороговых формирователях и их последующего размыкания. Импульсы, вырабатываемые формирователями, суммируются на нагрузке благодаря последовательному включению указанных формирователей. Величина тока нагрузки, снимаемая с девятого резистора и усредняемая третьим конденсатором, воздействует на регулятор напряжения питания на первом и втором транзисторах. Тем самым обеспечивается обратная связь по среднему значению тока нагрузки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил