Импульсный модулятор Советский патент 1980 года по МПК H03K7/02 

1

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение преимущественно в импульсных передатчиках СВЧ для радиолокации и в установ-с как для ускорения заряженных частиц.

Известен импульсный модулятор, содержащий источник постоянного напряжения, зарядный конденсатор, повышающий трансформатор, параллельно вто- 10 ричной обмотке которого подключены коммутирующий элемент, линия формирования и нагрузка, генератор пусковых импульсов, подмодулятор и элемент задержки, включенный между генератором запускающих импульсов и подмодулятором, причем к выводам первичной обмотки повышающего трансформатора под ключены тиристоры,управляющие электроды которых соединены с генератором 20 управляющих импульсов,вход запуска которого соединен-с генератором пусковых импульсов,при этом анод одного тиристора подключен к положительному полюсу источника питания,а катод дру-21 гого - к его отрицательному полюсу, причем зарядный конденсатор образован из двух последовательно соединенных конденсаторов,каждый из которых включен между средней точкой первичной ЗО

обмотки повышающего трансформатора и выводами источника питания Ij .

Недостаток известного импульсного модулятора заключается в низкой стабильности амплитуды выходных импульсов .

Известен также импульсный модулятор, содержащий зарядный трансформатор, первичная обмотка которого и дополнительная через диод подключены к источнику питания, а вторичная через последовательно соединенные зарядные диод и дроссель к входу линии, формирования, включенной параллельно вторичной обмотке зарядного трансформатора, последовательно соединенные нагрузку с коммутирующим элементом, подключенные параллельно линии формирования, ключевой элемент, включенный между первичной обмоткой и общей шиной и диод, подключенный катодом к входу зарядного дросселя, а анодом к общей шине 2 .

Недостатком этого модулятора также является низкая стабильность амплитуды выходных импульсов.

Цель изобретения - повышение стабильности амплитуды выходных импульсов.

Поставленная цель достигается тем что в импульсный модулятор, содержащий зарядный трансформатор, первичная обмотка которого непосредственно и дополнительная через диод подключены первыми выводами к источнику питания, а параллельно вторичной обмотке подключены последовательно соединенные |арядные диод и дроссель, линия формирования, нагрузка и коммутирующий элемент, а также ключевой транзистор, включенный между вторым выводом первичной обмотки и общей шиной, и диод, подключенный катодом к входу зарядного дросселя, а анодом - к общей шине, введены делитель напряжения, подключенный параллельно источнику питания, последовательно соединенные перемножитель напряжений, интегрирующая цепь и элемент сравнения, а также инвертирующий усилитель, состоящий из транзистора и нагрузочного резистора, соединенных с источником постоянного напря5)ения, и подключенный входом к выходу элемента сравнения, двухполупериодный выпрямитель, пороговый элемент, элемент задержки, включенный между управлягацим электродом коммутирующего элемента и анодом разделительного диода, а зарядный дроссель снабжен двумя дополнительными обмотками, причем первая из них подключена к входам перемножителя напряжений и первым выводом - к выходу делителя напряжения, а-вторая - к одной из диагоналей двухполупериодного выпрямителя, подключенного другой диагональю к выходу инвертирующего усилителя и входу порогового элемента, выход которого соединен с управляющим входом ключевого транзистора и катодом разделительного диода.

На фиг. 1 показана функциональная схема импульсного модулятора; на фиг 2 -эпюры напряжении на элементах схемы.

Импульсный модулятор содержит зарядный трансформатор 1, первичная обмотка 2 которого через ключевой транзистор 3 присоединена к выходу внешнего источника питания постоянного тока с напряжением E. Дополнительная обмотка 4 трансформатора 1 подключена к томуже источнику через диод 5. Ко вторичной обмотке б зарядного трансформатора 1 подключены соединенные последовательно зарядный диод 7, зарядный дроссель 8 и линия формирования 9. Последняя зашунтирована соединенными последовательно разрядным коммутирующим элементом 10 (например, тиристором) и нагрузкой 11 Объединенный вывод зарядного диода 7 и дросселя 8 подключен к общей шине через диод 12.

Кроме того, в модулятор дополнительно введены делитель напряжения 13 шунтирующий выход внешнего источника питания, перемножитель напряжений 14,

интегрирующая цепь 15 (например, RCЦепь), элемент сравнения 16, а также инвертирующий усилитель 17 в составе транзистора 18, источника постоянного напряжения 19 и нагрузочного резистора 20, двухполупериодный выпрямитель 21, пороговый элемент 22 (например, триггер Шмидта), элемент задержки 23 и разделительный диод 24. Зарядный дроссель 8 снабжен двумя дополнительными обмотками 25 и 26. Элементы 1326 в совокупности представляют собой устройство управления.

Первый вход перемножителя 14 соединен с делителем напряжения 13 и с первой дополнительной обмоткой 25 зарядного дросселя 8, к другому концу которой подключен второй вход перемножителя 14. Обмотка 25 включена согласно по отношению к основной обмотке дросселя 8. К выходу перемножителя 14 через соединенные последовательно интегрирующую цепь 15 и устройство сравнения 16 подключен вход инвертирующего усилителя 17. Его выход (резистор 20) соединен с минусом двухполупериодного выпрямителя 21, плюсовой выход которого соединен с входом порогового элемента 22. Выход последнего соединен с базой ключевого транзистора 3. Вход выпрямителя 21 подключен к второй дополнительной обмотке 26 .дросселя 8.

Управляющий электрод коммутирующего элемента 10 подключен через соединенные последовательно элемент задержки 23 и разделительный диод 24 к базе ключевого транзистора 3.

Импульсный модулятор работает следующим образом.

При подаче импульса запуска через элемент задержки 23 и разделительный диод 24 от внешнего источника на ключевого транзистора 3 через обмотки 2 и 6 зарядного трансформатора 1, зарядный диод 7 и зарядный дроссель 8 начинается протекание тока 5 наряда 3 линии формирования 9. Задержка td /.CZjj, создаваемая элементом задержки 23, выбирается не мень о шей, чем время выключения коммутирующего элемента 10. Этим предотвращается возможность его повторного включег ния во время следующего цикла заряда 1лг:нии формирователя 9.Одновременно на зарядном дросселе 8 появляется напряжение U i. (см. фиг. 2,а);

Ut.(t) -Есо5 SZgt, (1) где „ ,-,-;:г-1 резонансная

частота зарядной цепи,

Сд - соответственно индуктив ность зарядного дросселя 8 и емкость линии

формирования

9.

(При этом предполагается что потери зарядной цепи пренебрежимо малы, начальные условия в реактивностях хемы нулевые). Положительное напря$ние UB (см. фиг.,2,в) от выхода вухполупериодного выпрямителя 21,под люченного к второй дополнительной 5 бмотке 26, складывается гшгебраичеси с отрицательным напряжением ёд ,суествующем на нагрузочном резисторе 20 инвертирующего усилителя 17.Результирующее напряжение Jp Чц (см. фиг. 2,с) поступает на вход поогового элемента 22. Напряжение U на его выходе имеет вид пары прямогольных положительных импульсов (см фиг. 2,d). Первый из этих импульсов, tS имеющий длительность t /ftg, , поступает на базу ключевого транзистора 3. и удерживает его в состоянии насыщении. После окончания импульса ключевой транзистор 3 запирается, но 20 протекание тока заряда 1 не прекращается, так как в этот момент времени t, О запас энергии W j в магнитном поле сердечника зарядного дросселя 8 не равен нулю 25

V,(,(,)2

1 будет продолжать проходить 30 через диод 12 в течение интервала

,,Запас энергии в магнитном поле сердечника трансформатора в момент ,;. t /522, запирания ключевого транг зистора 3 также не равен нулю. Эта , энергия возвращается во внешний источник питания через дополнительную обмотку 4 зарядного трансформатора 1 и диод 5.40

Спустя некоторое время t + 2 в силу изменения знака напряжения Ui, вновь появляется напряжение Up и появляется второй импульс и который в течение некоторого интервала вре- 45 мени t « Ь ISI- (в общем случае не равного t f) удерживает ключевой транзистор 3 в состоянии насыщения. Заряд линии формирования 9 в течение интервала времени tj S/ йдИродол- JQ жается . Момент перехода напряжения U| через нуль смещается на угол ср.

Результирующая длительность .процесса заряда будет определяться фазовым углом Ь , ,г

Напряжение Цд, до которого зарядит-- ся линия формированя 9, будет в этих условиях определяться длительностью t и t J пребывания ключевого транзистора 3 в состоянии насыщения. Регулировать длительность импульсов 60 t тл t можно путем изменения .напряжения EQ.

. Стабилизация напряжения Од и г1мплитуды импульсов Ujj возможна путем поддержания постоянства суммарного 65

запаса энергии W в реактивностях арядной цепи модулятора

Wj W, + W con&t, (3) где W Сдис/2,Uj; напряжение на линии форми:рования ключевого транзистора 3.

Если вся энергия W будет передана в линию Формирования 9, то напряжение на ней станет после этого равным Uc ид, W. о и

и г 11 / -)

W

С.)

Откуда

U,H2W,/C,.

(5)

Величину можно определить (при нулевых начальных условиях в L и Сд и пренебрежимо малых потерях) с учетом известных соотношений

}

Ug-Eoli-cosSi/.

(6)

4 t o/- ii-3/c; sins75t

Тогда с помощью выражений (з) и () получают

W--1,4/2 tC.uJ/2-е, Е(Ь cos )-САЕо1Ео1 -со957 -Ь)--Сд-Е -и. (т)

Информация о величине W в виде (7) может быть получена в результате перемножения напряжения Е и напряжения Uc Ед ( 1-cosSl,,t) . Последнее может быть получено в результате сложения Eg и Ui -EoCos jt. При этом величина Сд сопэ t играет роль постоянно масшабного коэффициента. Напряже;ние КЕд, пропорциональное Е, беретЪя от делителя напряжения 13(k-кoэффициент передачи), а напряжение, пропорциональное УС , получается в результате сложения напряжений kE + kUj (коэффициент трансформации первой дополнительной обмотки 25 выбирается равным k). После перемножения в перемножителе напряжений 14 полученная информация о величине Wj через интегрирующую цепь 15 поступает на элемент сравнения 16, где сравнивается с опорным напряжением.

Полученный сигнал ошибки положительной полярности усиливается, инвертируется в усилителе 17 и подается уже с отрицательной полярностью с нагрузочного резистора 20 на минусовой выход двухполупериодного выпрямителя 21 (напряжение Ед фиг. 2,в).

В результате при появлении тенденции к возрастанию W,, например вследствие увеличения напряжения Ер, напряжение Еовозрастает по абсолютной величине, а фазовые углы . и 8 уменьшаются. Вследствие этого W(, и Уд поддерживаются на заданном уровне.Штриховыми линиями на фиг. 2 показана форма напряжений при разомкнутом контуре стабилизации.

Формула изобретения

Импульсный модулятор, содержащий зарядный трансформатор, первичная обмотка которого непосредственно и дополнительная через диод подключены первь1ми выводами к источнику питания,, а параллельно вторичной обмотке подключены последовательно соединенные зарядные диод и дроссель, линия формирования, нагрузка и коммутирующий элемент, а также ключевой транзисторвключенный между вторым выводом первичной обмотки и общей шиной, и диод, подключенный катодом к входу зарядного дросселя, а анодом - к общей шине, отл-и чающийся тем, что,с целью повышения стабильности амплитуды выходных импульсов, в него введены делитель напряжения, подключенный параллельно источнику питания, последовательно соединенные перемножитель напряжений, интегрирующая цепь и элемент сравнения, а также инвертирующий усилитель, состоящий из транзистора и нагрузочного резистора, соединенных с источником постоянного напряжения, и подключенный входом к выходу элемента сравнения, двухполупериодный выпрямитель, пороговый элемент, элемент задержки, включенный между управляющим электродом коммутирующего элемента и анодом .разделительного диода, а зарядный дроссель снабжен двумя дополнительными обмотками, причем первая из них подключена к входам перемножителя напряжений и первым выводом - к выходу делителя напряжения, а вторая - к одной из диагоналей двухполупериодного выпрямителя, подключенного другой диагональю к выходу инвертирующего усилителя и входу порогового элемента, выход которого соединен с управляющим входом ключевого транзистора и катодом разделительного диода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 467458, кл. Н 03 К 7/02, опублик. 15.04.75.

2.Патент-ФРГ 1279079,

кл. 21 а, 36/06, опублик. 22.05.69 (прототип) .

/ОТ|ЮГ

tf tft

4

u,

X