Линейный импульсный модулятор Советский патент 1980 года по МПК H03K7/02 

I

Изобретение относится к технике формирования импульсов и может быть использовано преимущественно в передающих устройствах СВЧ для радиолокационных систем, а также для питания генераторов СВЧ в ускорителях заряженных частиц.

Известен импульсный модулятор, содержащий источник питания, источник опорного напряжения, датчик тока, цепи формирования импульсов, импульсный генератор, цепь заряда. Каждая цепь формирования выходного импульса содержит управляемый вентиль, включенный в цепь заряда. Для формирования выходного импульса с длительностью, пропорциональной числу цепей формирования в модуляторе, имеется управляемый вентиль, через который разряжаются все цепи формирования 1.

Недостатком известного импульсного модулятора является низкая надежность его работы из-за возможных срабатываний от ложных импульсов.

Известен также линейный импульсный модулятор, содержащий источник питания, подключенный положительным полюсом к средней точке первичной обмотки зарядного трансформатора, выводы которой соединены с коллекторами двух транзисторов, а к его вторичной обмотке через выпрямитель подключены последовательно соединенные зарядный дроссель с дополнительной обмоткой, зарядный диод, нагрузка линия формирования и датчик зарядного тока, выход которого соединен с вторым входом первого конъюнктора, при этом мёжду точкой соединения диода с нагрузкой и общей шиной включен коммутатор, управляющий электрод которого соединен с первым выходом синхронизатора, а его второй выход соединен свыходом первого конъюнктора и базой пер вого ключевого транзистора 2.

Недостаток этого модулятора заключается в низкой надежности его работы из -за паразитной амплитудной модуляции выходных импульсов, обусловленной биениями между частотой сети и частотой повторения импульсов.

Цель изобретения - повышение надежности работы линейного импульсного модулятора.

С этой целью в линейный импульсный модулятор, содержащий источник питания, подключенный положительным полюсом к средней точке первичной обмотки зарядного трансформатора, выводы которой соединены с коллекторами двух ключевых транзисторов, а к его вторичной обмотке через выпрямитель подключены последовательно соединенные зарядный дроссель с дополнительной обмоткой, зарядный диод, нагрузка, линия формирования и датчик зарядного тока, выход которого соединен с вторым входом первого конъюнктора, при этом между точкой соеди 1ения диода с нагрузкой и общей шиной включен коммутатор, управляющий электрод которого соединен с первым выходом синхронизатора, а его второй выход соединен с выходом первого конъюнктора и базой первого ключевого транзистора, введены второй конъюнктор и диоды, причем выводы дополнительной обмотки дросселя через диоды подключены к первым входам конъюнктора и через встречно включенные диоды - к катоду коммутатора второй вход второго, конъюнктора соединен с выходом датчика тока, а его выход подключен к базе второго ключевого транзистора.

На фиг. 1 показана электрическая принципиальная схема предлагаемого модулятора; на фиг. 2, а-ж даны эпюры токов и напряжений.

Линейный импульсный модулятор содержит источник питания 1 постоянного тока, зарядный трансформатор 2 с первичными обмотками 3, 4, включенными согласно, причем к их общей точке подключен положительный полюс источника питания 1. К одной из обмоток присоединен ключевой транзис тор 5, выполняющий функцию прерывателя-. К вторичной обмотке 6 подключен выпрямитель 7 в виде диодного моста. К его выход) подключены соединенные последовательно зарядный дроссель 8,зарядный диод 9 и коммутатор 10, например тиристор. Параллельно коммутатору 10 подключены соединен 1ые последовательно датчик 11 зарядного тока , нагрузка 12 и линия формирования 13. Выход датчика 11 соединен с первым входом первого конъюнктора 14. Выход 15 синхронизатора 16 соединен с выходом первого конъюнктора 14 и базой транзистора 5, выход 17 синхронизатора подключен к управляющему электроду коммутатора 10.

Зарядный дроссель 8 снабжен дополнительной обмоткой 18, каждый выход которой через диоды 19, 20 связан соответственно с вторыми входами первого 14 и второго 21 конъюнкторов. Эти же выводы обмоток 18 через диоды 22, 23, включенные встречно по отнощению к диодам 19, 20 соединены с катодом кЪммутатора 10 и общей шиной.

Первый вход второго конъюнктора 21 соединен с выходом датчика 11, а выход второго конъюнктора соединен с базой второго ключевого транзистора 24, коллектор которого соединен с обмоткой 4 трансформатора 2. Элементы Л, 2, 5, 24 и 7 в совокупности представляют собой двухтактный ста r;-iii;;.-4..,.

тический преобразователь напряжения постоянного тока:Модулятор работает следующим образом. В исходном состоянии транзисторы 5 и 24 заперты напряжения на обмотке 6, выходе моста 7 и на линии 13 равны нулю. В момент подачи пускового импульса и (фиг. 2,а) от выхода 15 синхронизитора 16 на базу транзистора 5 последний отпирается, через обмотку 3 идет ток от источника 1. В результате через элементы 6, 7, 8, 9 и 11 начинает протекать ток J j резонансного заряда линии формирования 13 (фиг. 2, б). На выходе датчика 11 образуется положительное напряжение Ug, поступающее на первые входы конъюнкторов 14 и 21 (фиг. 2, а). В .составе датчика 11 целесообразно применение ограничителя амплитуды, благодаря чему напряжение U, приобретает форму, близкую к прямоугольной.

На дополнительной обмотке 18 дросселя 8 во время заряда линии 13 существует напряжение UL в виде отрезка косинусоиды (фиг. 2,г). В интервале фазовых углов напряжение Ub в виде положительного импульса через диоды 30 и 34 поступает на второй вход первого конъюнктора 23 (здесь ftj- резонансная частота зарядной цепи). Диоды 20 и 22 и тиристор 10 в это время заперты. В результате наличия напряжений на обоих входах (от датчика 11 и от обмотки 18) первый конъюнктор 14 отпирается и выдает положительное напряжение логической единицы UBI (фиг. 2,5), поддерживающее транзистор 5 в открыто.м состоянии в течение интервала фазовых углов (О,-Л/г), указанного выше, и после окончания действия пускового импульса Utt. В течение этого же интервала происходит заряд линии 13.

В интервале фазовых углов от.2ДО- напряжение меняет знак (фиг. 2,г); при этом отпираются диоды 20 и 22, а диоды 19 и 23 запираются. Первый конъюнктор 14 и транзистор 5 также запираются,а второй конъюнктор 21 отпирается, так как на его обоих входах появляются положительные напряжения. Выходное напряжение Ug. логической единицы (фиг. 2,2) отпирает транзистор 24. В результате в интервале фазовых углов (3ili ,7г) через обмотку 4 идет ток от источника 1, и заряд линии продолжается до тех пор, пока напряжение U на ней ее достигает максимума (фиг. 2,а). Далее напряжение Ub и ток jj обращаются в нуль, конъюнктор 21 и транзистор 24 запираются, и заряд линии 13 прекращается. После этого от выхода 17 синхронизатора 16 на управляющий электрод тиристора 10 подается импульс запуска (фиг. 2, а, ж) линия 13 разряжается, и на нагрузке 12 формируется импульс. Временной сдвиг между импульсами и„ и UjQn (фиг. 2,а,ж} устанавливается не меньщим, чем время выключения тиристора 10. Таким образом, каждый ключевой транзистор 5 и 24 и каждая из обмоток 3 и 4 трансформатора 2 работают поочередно в течение половины длительности интервала заряда линии 13; постоянное подмагничивание сердечника у трансформатора 2 отсутствует. Стабилизация зарядного напряжения на линии 13 может осуществляться при необходимости каким-либо известным способом. Индуктивность Ly обмоток трансформатора 2 может быть сделана малой, поскольку ее величина не связана с частотой питающей сети переменного тока (обычно 50 или 400 Гц). Величина L. зависит только от частоты собственных колебаний зарядной цепи; единственные ограничения, накладываемые на нее, определяются с одной стороны значением добротности зарядной цепи, с другой - допустимой скоростью нарастания напряжения на коммутаторе во. время заряда линии. Так, реально возможны длительности интервала заряда Тз /Si до 50-100 МКС. Массу и габариты трансформатора 2 в этих условиях можно резко уменьщить по сравнению с прототипом в 10 раз и более в зависимости от Sij Функциональные возможности модулятора также расщиряютсягдиапазон частот повторения импульсов может быть расщирен в сторону увеличения до 10...20 кГц. Паразитная модуляция выходных импульсов, обусловленная биениями между час-отой повторения импульсов и частотой питающей сети переменного тока (и их гармониками) существенно ос 1аблена и зависит только от уровня пульсации напряжения источника 1. Это достигается благодаря тому, что частота преобразователя (элементы 1, 2, 5, 6, т И 24) совпадает с частотой повторения импульсов. Формула изобретения Линейный импульсный модулятор, содержащий источник питания, подключенный положительным полюсом к средней точке первичной обмотки зарядного трансформатора, выводы которой соединены с коллекторами двух ключевых транзисторов, а к его вторичной обмотке через выпрямитель подключены последовательно соединенные зарядный дроссель с дополнительной обмоткой, зарядный диод, нагрузка, линия формирования и датчик зарядного тока, выход которого соединен с вторым входом первого конъюнктора, при этом между точкой соединения диода с нагрузкой и общей щиной включен коммутатор, управляющий электрод которого соединен с первым выходом синхронизатора, а его второй выход соединен с выходом первого конъюнктора и базой первого ключевого транзистора, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности, в него введены второй конъюнктор и диоды, причем выводы дополнительной обмотки зарядного дросселя через диоды подключены к первым входам конъюнкторов и через встречно включенные диоды - к катоду коммутатора, а второй вход второго конъюнктора соединен с выходом датчика тока, а его выход подключен к базе второго ключевого транзистора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент № 3590279, кл. 307-265, опублик. 29.06.71. 2.Патент США № 3867684, кл. Н 03 КЗ/64, 18.02.75 (прототип).