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

Недостатком этого импульсного модулятора также является низкая надежность в результате резкого нарастания выходного наиряжения.

Целью изобретения является новышение надежности иутем обесиечения нлавного нарастания амнлнтуды выходных нмиульсов иосле иодключения питания. Поставленная цель достигается за счет того, что в линейиый импульсный модулятор, содержащий последовательно соединенные источник питания, шунтированный конденсатором фильтра; зарядный дроссель, состоящий из основной и двух дополннтельНЕзГХ обмоток, включенных носледовательно н согласно но отнощению друг к другу и основной обмотке, объединенные выводы которых через накопительный конденсатор, а другие через дополнительный и регулируемый тиристоры, подключенные соответственно анодом и катодом, соединены с общей шиной, зарядный диод, линию формирования и цепь нагрузки, разрядный коммутатор, подключенный между входом формирующей линии и общей щииой; диод, подключенный встречно к выходу зарядного дросселя, нороговый элемент, выход которого подключен к унравляющему электроду регулирующего тиристора непосредственно, а к управляющему электроду дополнительного тиристора - через цепь задержки, введены вспомогательная обмотка зарядного дросселя, включенная встречно но отнощению к основной и дополнительным обмоткам; два диода и резистор, причем один вывод вспомогательной обмотки подключен к объединенным выводам дополнительных обмоток, а второй вывод через нервый диод - к управляющему входу порогового элемента и через второй диод, последовательно соединенный с резистором, - ко входу питания порогового элемента; при этом цепь задержки состоит из элемента задержки, последовательно соединенного с разделительным импульсным трансформатором, а пороговый элемент выполнен в виде релаксационного генератора на двух транзисторах разного типа проводимости п-р-п и р-п-р, коллекторы которых взаимно соединены с базами, а между эмиттерами и общей щиной подключены импульсный трансформатор и времязадающий конденсатор соответственно, причем его вход питания щунтирован конденсатором, параллельно которому подключен стабилитрон.

На фиг. 1 показана схема линейного импульсного модулятора; на фиг. 2 показаны эпюры напрял ений на элементах схемы.

Линейный импульсный модулятор содержит соединенные последовательно источник питания 1, шунтированный конденсатором фильтра 2, основную обмотку 3 зарядного дросселя 4; зарядный диод 5; линию формирования 6 и цепь нагрузки 7 (например.

магистрон, подключенный через импульсный трансформатор); разрядный коммутатор 8, подключенный между входом формирующей линии и общей щиной; к выходу

основной обмотки зарядного дросселя встречно подключен диод 9.

Зарядный дроссель снабжен двумя дополнительными обмотками 10 и 11, включенными иоследовательно и согласно по отнощению друг к другу и основной обмотке, причем их крайние выводы через дополнительный 12 и регулируемый 13 тиристоры, а объединенные выводы через накопительный конденсатор 14 - подключены к общей шине. Управляющие электроды дополнительного и регулируемого тиристоров соединены между собой через цеиь задерл :ки 15, состоящую из элемента задержки 16 и носледовательно соединенного разделительного

имнульсного трансформатора 17. Вход цепи задержки соединен с выходом порогового элемента 18, вынолненного в виде релаксационного генератора на транзисторах 19 и 20 разного типа проводимости (п-р-п и

р-п-р) с времязадающим конденсатором 21.

Объединенные выводы эмиттера транзистора с времязадающим конденсатором являются управляющим входом порогового

элемента, а объединенные выводы коллектора и базы транзисторов являются его входом питания. Эмиттер транзистора 20 соединен с общей щиной через первичную обмотку импульсного трансформатора 22,

вторичная обмотка которого подключена к объединенным выводам элемента задержки и управляющего электрода регулируемого тиристора. Катоды дополнительных диодов 23, 24 и второй вывод вспомогательной обмотки 25 объединены, причем анод диода 23 соединен с управляющим входом порогового элемента, а анод диода 24 через резистор 26 соединен с его входом питания, шунтированным конденсатором 27, параллельно которому подключен стабилитрон 28.

Линейный импульсный модулятор работает следующим образом. Пока разрядный коммутатор 8, дополнительный и регулируемый тиристоры 12 и 13 заперты, происхоДит резонансный заряд емкости Сд линии формирования 6 от источника питания 1 через индуктивность LZ основной обмотки 3 зарядного дросселя 4, зарядный диод 5 и цепь нагрузки 7 (например, содержащую

первичную обмотку импульсного трансформатора). Зарядное напряжение t/л и ток заряда /3 линии формирования 6 изменяются во времени приблизительно по законам (фиг. 2а):

f/,((i-cosQ,0,(1)

/3(o/P3)-sinQ,,(2)

где.

Q, //1/I,Q и р, П,/Сд

- резонансная частота и характеристическое сопротивление зарядной цени; ЕО - нанравление источника нитания 1. Напряжение на обмотке 3

UL{i)L/(()-E, -E,cosQ,t. (3)

Нанряжение на дополнительной обмотке

10и вспомогательной обмотке 25, включенных встречно и имеющих одинаковый коэффициент трансформации пъ равны (фиг. 20):

и, t/д //,; , - /7, . - UL In,. (4)

Напряжение на дополнительной обмотке И с коэффициентом трансформации пц

U,r:rML/nj,.(5)

в установившемся режиме остаточное напряжение на накопительном конденсаторе 14

„ : - Е,/П,.(6)

Напряжение f/ynp на управляющем входе порогового элемента 18 представляет собой сумму напряжений UQ и , дополнительный диод 23 оказывается открытым только в интервале фазовых углов л;/2 я.

Напряжение f/ynp с учетом (4) и (6) опред,еляется как (фиг. 2с):

упр :U, + U, - (Е,1П,( COS Q,t, (7)

причем я/2 Оз я.

Сопоставляя (7) и (1), убеждаемся, что величина f/ynp пропорциональна f/.i- Как только L/yrrp достигает заданного фиксированного значения напряжения „ на входе питания норогового элемента 18, т. е. на базе транзистора 19 и конденсатора 27, этот транзистор отпирается. Ток коллектора транзистора 19, протекая через переход база-эмиттер транзистора 20, также вызывает его отпирание. Отнирание обоих транзисторов благодаря ноложительной обратной связи имеет лавинообразный характер (транзисторы имеют противоположный тип проводимости). Открытое состояние их длится до тех пор, пока напряжение на управляющем входе и времязадающем конденсаторе 21 не станет меньше, чем „ В результате на нервичной обмотке импульсного трансформатора 22 в цепи эмиттера транзистора 20 формируется импульс отрицательной полярности, который после инвертирования в трансформаторе 22 поступает на управляющий электрод регулируемого тиристора 13 и открывает его.

При отпирании регулируемого тиристора 13 в интервале фазовых углов я/2 QS я параллельно дополнительной обмотке

11подключается накопительный конденсатор 14, в результате дроссель 4 оказывается замкнутым почти накоротко. Напряжение f/A на аноде зарядного диода становится меньшим, чем зарядное напряжение f/л ЕО( -Cos а) о на его катоде, которое было достигнуто к моменту а/из отпирания регзлируемого тиристора 13. Ноэтому ток заряда /з линии формирования прекращается, и напряжение f/л фиксируется на

заданном уровне iiiE Const t (фиг. la, Ъ,с.

После отпирания регулируемого тиристора 13 начинается заряд накопительного конденсатора 14 до напряжения f/c.Maitc, происходящий в течение времени /зар (фиг. Id). При этом энергия LS/S, накопленная в индуктивности зарядного дросселя 4 к моменту отнирания регулируемого тиристора 13, передается в конденсатор 14, по

окончании заряда которого регулируемый тиристор 13 запирается.

Итак, иапрях ение f/л фиксируется на заданном уровне за счет изменения длительности Гз цикла заряда (фиг.

2о). Для этого необходимо, чтобы Гз Гзмакс, где Гзмакс я/Оз - максимальная длительность зарядного цикла, равная длительности полуиериода свободных колебаний в зарядной цени.

Интервал Го между окончанием заряда линии формирования 6 и моментом подачи импульса запуска на разрядный коммутатор 8 должен быть таким, чтобы Г Го + + Гз + /зар 7змакс. где Г - период следования импульсов запуска; зар - длительность заряда накопительного конденсатора 14 до максимального напряжения Ьс.макс-.

Емкость зарядного конденсатора 14 должна быть выбрана так, чтобы максимальное

напряжение f/A, пересчитанное из обмотки 11 в обмотку 3 и приложенное к зарядному диоду 5, не превыщало значение f/л (а) iiiEn (фиг. Ча, Ь):

«„6/с..(«).(8)

Передача энергии из накопительного конденсатора 14 в источник питания 1 происходит в течение интервала Го после запуска дополнительного тиристора 12. Импульс зацуска на иего подается с задерл кой TZ 4ар, Гз Го, определяемой выбором параметров элемента задержки 16. Импульс тока разряда накопительного конденсатора 14, протекая через дополнительную обмотку 10 и дополнительный тиристор 12, вызывает появление на основной обмотке 3 зарядного дросселя импульса с амплитудой «1 f/c. макс -Ео, минус которого прилоЛСен к катоду диода 9, а плюс - к конденсатору

фильтра 2 и источнику питания 1. Диод 9 отпирается, и энергия из накопительного конденсатора 14 передается в источник питания 1; разряд накопительного конденсатора прекращается тогда, когда tii-LJc ЕО,

после этого диод 9 и дополнительный тиристор 12 запираются. На накопительном конденсаторе 14 до следующего зарядного цикла остается остаточное напряжение f/o -Eo/ni (фиг. 2d), о котором упоминалось

ранее.

7

Подача импульсов запуска {./зап с периодом Т на разрядный коммутатор 8 вызывает разряд линии формирования 6 и формирование на цепи нагрузки 7 выходных им.пульсов отрицательной полярности с амплитудой (7,1 (фиг. 2е, /), так как в схеме обеспечивается стабилизация напряжения f/л, то тем самым достигается и стабилизация амплитуды L/H - выходных импульсов (при этом предполагается сохранение постоянства сопротивления нагрузки).

Качество стабилизации напряжения f/л (и, соответственно VH) , будет зависеть от стабильности напряжения Е-п, которое обеспечивается действием стабилитрона 28, подключенного параллельно входу питания порогового элемента 18 и конденсатору 27, заряд которого осуществляется напряжениями UQ и L/1 через дополнительный диод 24 и резистор 26.

Плавное нарастание напряжения f/., и U после включения питания достигается следующим образом.

В момент включения источника питания 1, когда начинается первый цикл резонансного заряда линии формирования 6, накопительный конденсатор 14 и конденсатор 27 не заряжены. Напряжение i/o и п на них нарастают постепенно, так что фазовый угол включения регулируемого тиристора 13 постепенно увеличивается приблизительно от я/2 до заданного значения а (обычно около 5 я/б). В результате /л постепенно нарастает от ЕО до л(а) 0(1 - - Cos а) Скорость нарастания (7л ц Uii может регулироваться путем выбора постоянной времеии RC-цепи, состоящей из резистора 26 и конденсатора 27.

Формула изобретен и я

1. Линейный импульсный модулятор, содержащий последовательно соединенные источник питания, щунтированный конденсатором фильтра; зарядный дроссель, состоящий из основной и двух дополнительных обмоток, включенных последовательно и согласно по отношению друг к другу и основной обмотке, объединенные выводы которых через накопительный конденсатор, а другие через дополнительный и регулируемый ти8

рпсторы, П0х1ключенные соответственно анодом и катодом, с()еД П1ены с общей шиной, зарядный диод, лицию формирования и цепь нагрузки, а также разрядный коммутатор, подключенный между входом формируюшсй линии и общей щиной, диод, подключенный встречно к выходу зарядного дросселя, пороговый элемент, выход которого подключен к управляющему электроду

регулирующего тиристора непосредственно, а к управляющему электроду дополнительного тиристора - через цеиь задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения плавного нарастания амплитуды выходных имлульсов после подключения питания, в него введены вспомогательная обмотка зарядного дросселя, включенная встречно по отношению к основной и дополиительным обмоткам; два диода и резистор, причем один вывод вспомогательной обмотки подключен к объединенным выводам дополнительных обмоток, а второй вывод через первый диод - к управляющему входу порогового

элемента и через второй диод, последовательно соединенный с резистором, - ко входу питания порогового элемента.

2.Модулятор по п. 1, отличающийс я тем, что цепь задержки состоит из элемента задержки, последовательно соединенного с разделительным имп чьсным трансформатором.

3.Модз тятор по п. 1, отличающийс я тем, что пороговый элемент выполнен в

виде релаксационного генератора на двух транзисторах разного типа проводимости п-р-п и р-п-р, коллекторы которых взаимно соединены с базами, а эмиттерами и общей шиной подключены импульсный трансформатор и времязадающий конденсатор соответственно, причем его вход питания шунтирован конденсатором, параллельно которому подключен стабилитрон.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 350148, кл. Н ОЗК 3/53, 04.09.72.

2.Авторское свидетельство СССР № 541281, кл. Н ОЗК 7/02, 30.12.76 (прототип).

10

Jf

.12 Ф