Импульсный модулятор Советский патент 1980 года по МПК H03K7/02 

1

Изобретение относится к импульсной электронной технике большой мощности и может быть использовано для импульсной модуляции мощных СВЧ- и г других электронных приборов и устройств, работающих с малой скважностью и в квазинепрерывном режиме.

Известен импульсный модулятор, построенный по схеме двухтактного 4Q повторителя с бестрансформаторным выходом, содержащий два ключа, включенных последовательно по постоянному току l .

При работе на емкостную нагрузку 5 модулятора заряд паразитных емкостей и емкости нагрузки производится через первый ключ, а разряд - через второй. Ток во время, соответствующее вершине импульса, протекает через 20 тот же первый ключ и определяется его внутренним сопротивлением и активной составляющей сопротивления нагрузки.

Недостатком известного модулятора является низкий КПД и относительно 25 длительные фронты и спады импульсов.

Известен также импульсный модулятор, содержащий ключи формирования соответственно фронта и спада импульса, включенны послодовательно о

2

по постоянному току, причем управляю щий вход ключа форглирования Фронта соединен с источником управляющего напряжения через триггер, а вход клточа формирования спада - через RCцепь 2 .

Недостаток этого модулятора заключзется в низком КПД из-за наличия оольших сквозных токов в момент формирования спада импульса так как в это время оба ключа открыты и закорачивают источник питания. Кроме того, в кназинепрерывном режиме (с малой скважностью) имеет место искажение вершины импульса и ухудшение его фронта и спада.

Целью изобретения является уменьшение длительности фронтов и спадов при уменьшении скважности импульсов и повышение КПД.

Это достигается тем, что в импульсный модулятор, содержащий включенные последовательно по питанию ключи формирования фронта и спада импульса между объединенными выводами которых и общей шиной подключена нагрузка, и дифференцирующую цепь, вход которой соединен с истосликом импульсного управляющего напряжения, введен инвертор, включенный между выходом диф ференцирунхцей цепи и управляющим входом ключа фррмирования спада импульса, резистивный делитель, включенный параллельно нагрузке, и ключ формирования вершины импульса, включенный параллельно ключу формирования фронта импульса, причем управляю 1ций вход ключа формирования фронта импульса соединен с выходом дифференцирующей цепи, а управляющий вход ключа формирования вершины импульса с выходом резистивного делителя. При этом ключ формирования вершины импульса выполнен в виде составного эмиттерного повторителя на п последовательно соединенных по постоянному току транзисторах одного типа проводимости, выход которого через ограничительный резистор соединен с нагрузкой, а базы его транзисторов сое1динены с выходом резистивного делителя через нелинейную цепь управления, со«держащую п управляемых звеньев, п-1 из которых включены между базами транзисторов составного эмиттерного посторителя, а одно - параллельно базо-коллекторному промежутку того транзистора, коллектор которого соединен с источником питания, причем каждое управляемое звено выполнено в виде последовательно соединенных резисторов и эмиттерно-коллекторных промежутков транзисторов обратного типа проводимости, базы которых через дополнительный резистирный делитель соединены соответственно с источником питания и выходом основного резистивного делителя, а к нагрузке эмиттером подключен защитный транзистор, база-коллекторный промежуток которого включен параллельно базо-эмиттерному промежутку выходного транзистора составного змиттерного повторителя.

На фиг. 1 дана структурная схема импульсного модулятора, на фиг. 2 структурная схема ключа формирования вершины импульса, на фиг. 3 эпюры формирования импульса.

Импульсный модулятор содержит дифференцирующую цепь 1, подключенную к ключу 2 формирования фронта импульса и через инвертор 3 к ключу 4 формирования спада импульса, ключ 5 формирования вершины импульса, соединенный последовательно с резистивным делителем 6, параллельно которому подключена нагрузка 7.

Ключ 5 формирования вершины импульса состоит из эмиттерного повторителя 8 на п последовательно соединенных транзисторах одного типа проводимости, выход которого через ограничительный резистор 9 соединен с нагрузкой, а базы его транзисторов через нелинейную цепь управления 10, содержащую п управляемых звеньев, п-1 из которых включены между базами

транзисторов составного эмиттерного повторителя, соединены с выходом резистивного делителя, причем параллельно базо-эмиттерному промежутку выходного транзистора составного эмиттерного повторителя подключен базоколлект орный промежуток защитного транзистора 11, эмиттер которого под ключен к нагрузке.

Импульсный модулятор работает следующим образом.

Поступающий на вход модулятора прямоугольный импульс (см. фиг. 3,а) положительной полярности преобразуется дифференцирующей цепью в пару разнополярных импульсов меньшей длитель ности. Фронту соответствует положительный импульс, спаду - отрицательный. Положительный импульс включает ключ формирования фронта импульса, который заряжает выходную (паразитную и нагрузки) емкость. Ток через ключ 2 изменяе±ся в времени (см.фиг.. 3- б). Напряжение на нагрузке при этом достигает максимального значения Сигнал с резистивного делителя приводит к срабатыванию ключа формирования вершины импульса. Последний срабатывает следующим образом: при увеличении падения напряжения на резистивном делителе выше порогового уровня, определяемого параметрами дополнительного резистивного делителя, открываются транзисторы нелинейной цепи управления 10, это приводит к открыванию транзисторов составного эмиттерного повторителя 8, и, следовательно, ключа 5 формирования вершины импульса. На всех этапах работы этого ключа 5 ток через не,го ограничивается с помощью нелинейной отрицательной обратной связи по току, осуществляемой через защитный транзистор 11. Датчиком тока в цепи обратной связи является ограничительный резистор 9. Изменение тока через ключ 5 формирования вершины импульса 5 во времени (Jj-) представлено на фиг. 3. Ключ 5 поддерживает на нагрузке номинальное импульсное напряжение, когда на входе ключа 2 уже нет управляющего импульса и он разомкнут.

При поступлении отрицательного им пульса с выхода дифференцирующей цепи и последующем его инвертировании срабатывает ключ 4 формирования спада импульсов. Он закорачивает нагрузку и резистивный делитель, через него течет разрядный ток выходной емкости tJv (см.фиг. 3, б) . Ограничительный резистор 9 и защитный транзистор 11 ограничивают ток через клю 5. Напряжение на нагрузке падает и закрывается управляемый от резистивного делителя б ключ 5. При этом формируется спад импульса и завершается формирование выходного импульса (см. фиг. 3, в) . Так как ключ 5 не заряжает и не разряжает выходную емкость, а только поддерживает номинальный то то ток, протекающий через него и резистивную нагрузку, на несколько порядков меньше, чем ток, протекающий через ключи 2 и 4, что позволяет при менять в его качестве маломощный клю чевой активный элемент. В качестве же ключей 2 и 4 могут быть применены любые мощные элементы, предназначенные для работы в импульсном режиме с большей скважностью, нежели скважность выходных импульсов модулятора. Это позволяет увеличить среднюю мощность модулятора и уменьшить скважность выходных импульсов без увеличения крутизны.фронта и спада выходного импульса. Поскольку ключ 5 является маломощ ным, он может иметь сравнительно бол шее внутреннее сопротивление или ограничитель максимального тока, поэтому сквозной ток при формировании спада импульса по сравнению с разряд -ным - I; по сравнению с I. (см.фиг. 3 б) - мал и не имеет существенного значения. Вследствие этого повышается КПД и, следовательно, надежность импульсного модулятора в области низких скважностей выходных импульсо Формула изобретения 1. Импульсный модулятор, содержащий включенные последовательно по питанию ключи формирования фронта и спада импульса, между объединенными выводами которых и общей шиной подклЮ чена нагрузка, и дифференцирующую цепь, вход которой соединен с источн ком импульсного управляющего напряже ния, отличающийся тем, что, с целью уменьшения длительности фронтов и спадов при уменьшении сква ности импульсов и повышения КПД, в него введен инвертор, включенный меж ду выходом дифференцирующей цепи и управляющим входом ключа формировани спада импульса, резистивный делитель включенный параллельно нагрузке, и ключ формирования вершины импульса, включенный параллельно ключу формирования фронта импульса, причем управляющий вход ключа формирования фронта импульса соединен с выходом дифференцирующей цепи, а управляющий вход ключа формирования вершины импульса - с выходом резистивного дели- теля, 2. Модулятор по п. 1, отличающийся тем, что ключ формирования вершины импульса выполнен в виде составного эмиттерного повторителя на п последовательно соединенных по постоянному току транзисторах одного типа проводимости, выход кото., рого через ограничительный резистор соединен с нагрузкой, а базы его транзисторов через нелинейную цепь управления соединены с выходом резистивного делителя. 3.Модулятор попп. 1 и 2, отличающийся тем, что нелинейная цепь управления содержит п управляемых звеньев, п-1 из которых включены между базами транзисторов составного эмиттерного повторителя, а одно параллельно базо-коллекторному промежутку того транзистора, коллектор которого соединен с источником питания, причем каждые управляемое звено выполнено в виде последовательно сое- диненных резисторов и эммитерно-коллекторных промежутков транзисторов обратного типа проводимости, базы ко- торых через дополнительный резистивный делитель соединены соответственно с источником питания и выходом основного резистивного делителя. 4. Модулятор по пп.1-3, о т л ичающийся тем, что в него введен защитный транзистор, база-коллекторный промежуток которого включен параллельно базо-эмиттерному промежутку выходного транзистора состав- нрго эмиттерного повторителя, а эмитч тер - с нагрузкой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Агаханян Т.М. Линейные импульсные усилители. М., Связь, 1970,с.363 рис. 10.7-6. 2.Патент США № 3435378,кл.332-41, опублик. 1969 (прототип).

и %А

Ь

J;

,.