ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ИМПУЛЬСНОЕ Советский патент 1968 года по МПК H03M1/60 

Изобретение относится к преобразователям постоянного напряжения в импульсное, широко применяемым в вычислительной и измерительной технике.

Известны преобразователи типа мультивибраторов на двух сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса и двух транзисторах.

Предлагаемый преобразователь отличается от известных тем, что в нем каждый сердечник содержит по две коллекторные и по две базовые обмотки, соответствующие обоим транзисторам, причем обмотки каждой пары, относящиеся к одному транзистору, соединены последовательно и направлены согласно, базовые обмотки подключены через резисторы, шунтированные конденсаторами, к эмиттерам транзисторов, соединенных также через резисторы, шунтированные конденсаторами, с общей точкой, а выходные обмотки соединены параллельно.

Принципиальная схема преобразователя приведена на чертеже, где: 1, 2 - полупроводниковые триоды; 3, 4 - сердечники; 5, 6 - коллекторные обмотки на сердечнике 3; 7, 8 - то же, на сердечнике 4; 9, 10 - базовые обмотки на сердечнике 3; 11, 12 - то же, на сердечнике 4; 13 - выходная обмотка на сердечнике 3; 14 - то же, на сердечнике 4; 15 - обмотка смещения; 16 - обмотка управления; 17 - источник питания; 18, 19 - сопротивления между эмиттером и базой триодов; 20, 21 - конденсаторы, шунтирующие эти сопротивления; 22 - общее эмиттерное сопротивление; 23 - шунтирующий эмиттерное сопротивление конденсатор; 24 - выход.

Преобразователь собран на стандартных деталях, что не требует тщательной подборки полупроводниковых триодов по характеристикам. Триоды 1 и 2 - одного типа, а сопротивления 18 и 19 - одного типоразмера. Емкости шунтирующих конденсаторов 20 и 21 равны по номиналу. Сопротивление 22 выбрано минимальной стандартной величины.

Включение источника питания 17 при отсутствии токов в обмотках 15 смещения и 16 управления приводит к тому, что один из триодов открывается, например триод 1, а другой надежно запирается. Этот процесс сопровождается появлением тока в коллекторных обмотках 6 и 7, расположенных на разных сердечниках. Появившийся ток изменяет магнитный поток каждого сердечника, что приводит к появлению э.д.с. во всех обмотках обоих сердечников. Э. д.с. последовательно соединенных обмоток складываются.

Полярность суммарной э.д.с. базовых обмоток 9 и 12 такова, что на базу триода 1 подается отрицательный (открывающий) сигнал, что создает положительную обратную связь. Благодаря конденсатору 20 в первоначальный изготовить преобразователи на более высокие частоты. момент все напряжение обмоток 9 и 12 оказывается приложенным между эмиттером и базой триода 1. Это ускоряет процесс накопления неосновных носителей в базе триода 1, а следовательно, и переход триода в насыщенное состояние. На базу триода 2 через обмотки 10 и 11 подается сигнал обратной полярности, поэтому триод 2 полностью запирается. Переходом триода 1 в насыщенное состояние заканчивается формирование переднего фронта импульса.

Во время формирования фронта импульса конденсатор 23 устраняет отрицательную обратную связь по переменному току, что также ускоряет процесс. После перехода триода 1 в насыщенное состояние почти все надряжение источника питания падает на коллекторных обмотках 6 и 7, так как падение напряжения на сопротивлении 22 невелико из-за его малой величины (десятки ом), а величина падения напряжения на переходе эмиттер - коллектор составляет десятые доли вольта. Сопротивление 18 обеспечивает такую величину базового тока, что триод 1 остается в режиме насыщения на все время перемагничивания сердечников. Величина коллекторного тока остается постоянной, пока сердечники не намагнитятся до насыщения. В этот период формируется плоская вершина импульса.

В момент насыщения сердечников происходит резкое увеличение коллекторного тока, а э.д.с. базовых обмоток падает, что приводит к выходу триода 1 из режима насыщения. Увеличивается падение напряжения на переходе эмиттер - коллектор. Падение напряжения на коллекторных обмотках 6 и 7 уменьшается. Это еще больше уменьшает индуктируемые э.д.с. базовых обмоток. Наступает момент, когда коллекторный, а следовательно, намагничивающий ток начинает уменьшаться. Уменьшение намагничивающего тока приводит к уменьшению магнитного потока в каждом сердечнике. Магнитный поток, уменьшаясь, индуцирует в обмотках э.д.с. противоположной полярности. Через обмотки 9 и 12 происходит быстрое отсасывание неосновных носителей из базы триода 1. В это время в базе триода 2 начинается процесс накопления неосновных носителей, который идет по цепи базовых обмоток 10 и 11 и конденсатора 21. Триод 1 запирается, а триод 2 открывается.

Появившийся в обмотках 5 и 8 коллекторный ток триода 2 изменяет направление магнитных потоков в сердечниках на обратное. Выходной импульс меняет полярность. Теперь вступает в действие положительная обратная связь между коллекторными и базовыми обмотками триода 2 и он переходит в режим насыщения. Переходом триода 2 в режим насыщения заканчивается формирование заднего фронта импульса предыдущей полярности и переднего фронта импульса последующей полярности. Ток насыщения триода 2 перемагничивает сердечники 3 и 4 в обратном направлении. Так же происходит процесс формирования плоской вершины импульса обратной полярности, который заканчивается насыщением сердечников уже в обратной части петли гистерезиса и переключением триодов. Опять меняется полярность импульса и т.д.

Таким образом, на выходе 24 получают импульсы напряжения прямоугольной формы.

Поскольку сердечники идентичны, а каждый триод имеет две коллекторные обмотки, соединенные последовательно и расположенные на разных сердечниках, то при одинаковом числе, витков падение напряжения на каждой из этих обмоток одинаково. Аналогично выполненные базовые обмотки оказывают одинаковое размагничивающее действие на каждый из сердечников. Э.д.с. индуктируемые на выходных обмотках, одинаковы. Параллельное соединение выходных обмоток при равенстве э.д.с. обеспечивает отсутствие в них тока при отключенной нагрузке. Так как нагрузка в подобных преобразователях высокоомная, то размагничивающее действие ее невелико и одинаково для каждого из сердечников. Поэтому при изменении нагрузки в широких пределах частота постоянна.

Непосредственное перемагничивание сердечников коллекторными токами, величина которых стабилизирована общим эмиттерным сопротивлением 22 и базовыми сопротивлениями 18 и 19, и ускорение процессов накопления и отсасывания неосновных носителей баз триодов, чему способствуют шунтирующие конденсаторы 20, 21 и 23, обеспечивают получение импульсов с крутыми фронтами и ровной вершиной.

Общее эмиттерное сопротивление 22 выполняет роль обратной связи по постоянному току. Такая связь обеспечивает режим «мягкого самовозбуждения» преобразователя. Легкость возбуждения в совокупности с близкой к прямоугольной формой импульсов позволяет изготовить преобразователи на более высокие частоты.

При отсутствии токов в обмотках 15 смещения и 16 управления сердечники перемагничиваются по полному циклу. Так как изменение магнитного потока в каждом сердечнике равно по величине и противоположно по направлению, то общий поток остается неизменным. Поэтому в обмотках 15 смещения и 16 управления э.д.с. не индуцируются.

При подаче тока в обмотку смещения сердечники перемагничиваются по частному циклу. При этом уменьшается петля перемагничивания и возрастает частота. Создание соответствующего тока в обмотке 15 смещения обеспечивает установление начальной частоты преобразователя. Начальная частота соответствует линейному участку зависимости частоты от тока подмагничивания. Работа преобразователя в этом случае аналогична вышеописанной. Разница в том, что насыщения при каждом импульсе достигает один из сердечников, а именно тот, намагничивающий ток коллекторной обмотки которого совпадает с намагничивающим током обмотки смещения.

Источник сигнала постоянного тока, подключенный к обмотке 16 управления, изменяет общее подмагничивание сердечников, и на выходе 24 преобразователя получается частота, соответствующая величине этого сигнала. Так как в обмотке управления э.д.с. не индуцируется, то по обмотке протекает только ток источника входного сигнала. Поэтому отсутствует зависимость частоты от внутреннего сопротивления источника входного сигнала. Чувствительность преобразователя и линейность его характеристики «вход» - «выход» определяются практически только магнитными свойствами материала сердечника.

Следовательно, предложенное устройство устраняет зависимость частоты от нагрузки, улучшает форму импульсов, увеличивает предельно допустимую частоту, упрощает настройку, устраняет зависимость частоты от внутреннего сопротивления источника входного сигнала, повышает линейность, увеличивает чувствительность, позволяет изменять частоту, увеличивая или уменьшая ее по сравнению с начальной.

Преобразователь постоянного напряжения в импульсное регулируемой частоты, содержащий два транзистора и два сердечника с прямоугольной петлей гистерезиса с обмотками входными, выходными, коллекторными, базовыми, смещения и управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, надежности и чувствительности, в нем каждый сердечник содержит по две коллекторные и по две базовые обмотки, соответствующие обоим транзисторам, причем обмотки каждой пары, относящиеся к одному транзистору, соединены последовательно и направлены согласно, базовые обмотки подключены через резисторы, шунтированные конденсаторами, к эмиттерам транзисторов, соединенных также через резисторы, шунтированные конденсаторами, с общей точкой, а выходные обмотки соединены параллельно.