Формирователь однополярных импульсов Советский патент 1981 года по МПК H03K5/01 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, для испытания и контроля параметров силовых полупроводниковых приборов.

Известны формирователи, где плановое изменение напряжения в нагрузке осуществляется за счет перераспределения напряжения между последовательно включенными нагрузкой и дросселем 1. Помимо сложности конструкции и неудовлетворительных весогабаритных показателей в подобных устройствах, диапазон изменения напряжения определяется параметрами дросселя, и длительность импульсов напряжения в серии, изменяющихся по амплптуде, не регулируется.

Наиболее близкое по технической сущности к изобретению устройство 2, содержащее источник синусоидального напряжения, тиристор, нагрузку, усилитель, блок формирования, блок запуска и пусковую кнопку. В этом устройстве изменение амплитуды импульса и его длительности осуществляется фазовым регулированием.

Это устройство не обеспечивает автоматического изменения угла зажигания тиристора, подключенного к источнику синусоидального напряжения, и формирования серий однополярных импульсов нарастающей амплитуды регулируемой длительности.

в т. ч. и одиночной серии; независимого регулирования длительности силового импульса без влияния на закон изменения амплитуды и изменения количества импульсов в серии при фиксированной длительности их. Цель изобретения - расширение диапазона и количества регулируемых параметров, а именно: формирование серий однополярных импульсов плавно нарастающей амплитуды, в т. ч. и одиночной серии, где независимо регулируются длительность серии, количество импульсов в ней, длительность импульса в серии, частота следования и крутизна его амплитуды.

Указанная цель достигается тем, что в формирователь однополярных импульсов, содержащий источник синусоидального напряжения, основные выходы которого подключены к последовательно включенным

колебательному контуру, нагрузке и двум тиристорам, а дополнительный выход через блок формирования отметок времени, содержащий последовательно соединенные усилитель-ограничитель и дифференцирующую цепь, соединен с первым входом блока запуска и с входом регулируемого делителя частоты, выход которого через усилитель подключен к входу управления первого тиристора, и источник питания,

подключенный к электронному ключу, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока запуска, введен генератор коротких импульсов, один вход которого подключен к выходу электронного ключа, другой вход соединен с вторым выходом блока запуска, а выход подключен к входу управления второго тиристора и к второму входу блока запуска.

На фиг. I приведена функциональная схема формирователя; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов на выходе элементов схемы.

Формирователь имеет источник 1 синусоидального напряжения, тиристоры 2 и 3, колебательный контур 4, нагрузку 5, блок 6 формирования отметок времени, содержащий усилитель-ограничитель 7 и дифференцирующую цепь 8 и предназначенный для формирования импульсов временных отметок, соответствующих моментам перехода через О синусоидального спадающего напряжения (фаза 180° -отрицательные импульсы) и моментам перехода через О возрастающего напряжения (фаза 0° - положительные импульсы); генератор 9 корртких импульсов с частотой следования, превышающей частоту источника 1, электронный ключ 10, источник питания 11, усилитель 12, регулируемый делитель частоты 13, блок зануска 14, содержащий, например, триггер 15 с раздельным входом, схемы совпадения 16 и 17, ждущие мультивибраторы 18 и 19, диоды-детекторы 20 и 21, причем диод 20 пропускает сигнал - временную отметку, соответствующий фазе 180°, диод 21-фазе 0° синусоидального напряжения, и иусковую кнопку 22.

В качестве генератора 9 с плановой регулировкой частоты использован, например, мультивибратор, одно плечо которого соединеио с унравляющим электродом тиристора и синхронизировано с блоком запуска 14.

Электронный ключ 10 может быть выполнен аналогично любому известному коммутационному устройству, удовлетворяющему требованию быстродействия. Влиянием переходных процессов на формирование первого импульса генератора 9 можно пренебречь, так как в нагрузке нервый импульс нанряжения равен 0. Усилитель 12 вынолнен аналогично любому известному усилителю, работающему в ключевом режиме, причем выходной нмнульс усилителя соответствует фазе 180° синусоидального нанряжения (связь 1-12 через блок 6 и делитель частоты 13).

Регулируемый делитель частоты 13 вынолнен, например, на основе последовательно включенных триггеров со счетным входом, причем вход усилителя 12 переключается на выход любого из них. Возможно применение делителя с плановым изменением коэффициента деления. Блок 14, содержащий стандартные логические и

функциональные элементы, не отличается по структуре и функциональным внутренним связям от известных спусковых устройств.

Ждущий мультивибратор 19 выполнен с такой длительностью выходного сигнала, чтобы обеспечивалось одновременно наличие сигналов на обоих входах схемы совпадения 17 в момент перехода через О возрастающего синусоидальиого напрял ения (фаза 0°). На фиг. 2 приведены временные диаграммы сигналов на выходе отдельных элементов схемы.

Формирователь однополярных импульсов работает следующим образом.

При постоянно подключенном к генератору 9 источнике питания 11 (ключ 10 в положении «включено) фаза управляющего импульса от генератора 9 изменяется от 180 до 0° за счет разиицы в частоте следования импульсов геиератора 9 и синусоидального напряженпя источника 1, причем шаг изменения фазы за период равен разнице периодов выходных сигналов этих блоков ЛТ.

Рассмотрим состояние схемы с момеита, когда импульс управления тирнстора 2 приходит с генератора 9 при фазе синусоидального напряжения 180°, т. е. с момента перехода через О спадающего нанряжения источника 1 (сигналы временных отметок, соответствующих переходам синусоиды через О при фазах 180 и 0°, формируются в блоке формирования 6). Нри этом, если тиристор 2 включается одновременно с тиристором 3, нанряжение на нагрузке отсутствует. В следующий нериод ввиду разности частот генератора 9 и источника 1 тиристоры 2 и 3 срабатывают последовательно с интервалом ДТ, причем тиристор 2 успевает за этот интервал зарядить конденсатор колебательного контура 4, и при срабатыванин тиристора 3 на иагрузке появляется некоторое напряжение. В последующих периодах синусоидальиого напряжения интервал времени между включениями тиристоров 2 и 3 растет, увеличиваясь с каждым периодом на AT, т. е. время заряда конденсатора контура увеличивается. Нри синусоидальном напряжении источника 1 это нриводит к одновременному росту амплитуды напряжения заряда. В связн с этим напряжение на нагрузке 5 с каждым периодом синусоиды будет расти. В результате на нагрузке 5 получаем серии импульсов нарастающей амплитуды. Начало серии соответствует моменту совпадения по времени сигнала генератора 9 с переходом через О спадающей синусоиды (фаза 180°), конец - моменту совпадения импульса генератора 9 с переходом через О возрастающей синусоиды (фаза 0°).

Получение одиночной серии ОлТ,нополярных импульсов нарастающей амплитуды реализуется включением по питанию генератора 9 пусковой кнопкой 22 в момент перехода через О спадающей синусоиды (фаза 180°) и автоматическим отключением генератора 9 от источника 11 в момент перехода через О возрастающей синусоиды (фаза - 0°), когда серия импульсов закончена.

Формирователь одиночной серии однополярных импульсов работает следующим образом.

В момент включения устройства триггер 15 может установиться в произвольное положение. Если состояние триггера 15 установилось таким образом, что электронный ключ 10 разомкнут и напряжение питания от источника И не подается на генератор 9, схема находится в исходном состоянии. Импульсы нарастающей амплитуды отсутствуют на нагрузке 5, и схема не работает до нажатия пусковой кнопки 22. Если после включения устройства триггер 15 установился в состояние, соответствующее включенному полол ению ключа 10, схема формирователя в исходное состояние переводится автоматически следующим образом.

Генератор 9 генерирует импульсы с частотой следования, превышающей частоту источника 1. В связи с этим наступает момент времени, когда короткий импзльс от генератора совпадает с переходом возрастающего синусоидального напряжения через О (фаза 0°, а дифференцированный импульс на выходе блока 6 имеет положительную полярность). Этот момент фиксируется на схеме совпадения 17, выходной импульс которой устанавливает триггер 15 в исходное состояние. При нажатии пусковой кнопки 22 (сигнал произвольной длительности) ждущий мультивибратор 18 формирует импульс контролируемой длительности, поступающий на вход схемы .совпадения 16. На второй вход схемы приходят импульсы отрицательной полярности от блока формирования 6, соответствующие фазе 180° напряжения источника 1.

Длительность выходного сигнала мультивибратора 18 выбираете ; из требования одновременного наличия сигналов на входах схемы совпадения 16 при пуске. Первый импульс отрицательной полярности от блока формирования 6, совпавший по времени с импульсом от ждущего мультивибратора 18, проходит через схему совпадения 16 и опрокидывает триггер 15 в состояние, соответствующее переводу ключа 10 в открытое положение. Одновременно этот же импульс подается на вход синхронизации генератора 9 для согласования момента первого импульса генератора с моментом подключения к генератору источника питания 11. На нагрузке 5 формируется серия импульсов описанным выше образом до наступления момента, когда короткий импульс от генератора 9 совпадает по времени с положительным импульсом на выходе блока 6, соответствующим фазе 0° напряжения источника 1. В момент совпадения этих импульсов сигналом со схемы совпадения 17 триггер 15 переводится в исходное состояние. Электронный ключ 10 закрывается и формирователь не работает до следующего нажатия пусковой кнопки 22.

Для уверенной регистрации момента совпадения импульсов на входах схемы 17 положительный импульс блока 6 дополнительно формируется по длительности л дущим мультивибратором 19.

При уменьшении величины ДТ количество импульсов в серии увеличивается одновременно с длительностью серии.

При делении частоты сигнала поступающего на усилитель 12 делителем частоты 13 возможно сохранение числа импульсов в серии с изменением ее длительности при совместной работе регулируемых генератора 9 и делителя частоты 13.

Формирователь позволяет независимо регулировать длительность серии импульсов, количество импульсов в ней, крутизну нарастания амплитуды импульсов, частоту следования импульсов в серии и длительность импульсов. Применение предложенного формирователя даст возможность автоматизировать процесс некоторых видов испытаний полупроводниковых приборов, измерение напряжения переключения, что позволит уменьшить трудоемкость испытания и сделает более экономичным экспрессконтроль на различных этапах технологии

изготовления приборов.

Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я

Формирователь однополярных импульсов,

содержащий источник синусоидального напряжения, основные выходы которого подключены к последовательно включенным колебательному контуру, нагрузке и двум тиристорам, а дополнительный выход через

блок формирования отметок времени, содержащий последовательно соединенные усилитель-ограничитель и дифференцирующую цепь, соединен с первым входо.м блока запуска и с в.ходом регулируемого делителя частоты, выход которого через усилитель подключен к входу управления пер вого тиристора, и источник питания, иодключенный к электронному ключу, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока запуска, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона и количества регулируемых параметров, в него введен генератор коротких импульсов, один вход которого подключен к выходу

электронного, ключа, другой вход соединен с вторым выходом блока запуска, а выход подключен к входу управления второго тиристора и к второму входу блока запуска. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

7

1. Авторское свидетельство СССР № 469938, кл. G ОЩ 31/14, 1973.

8

2. Авторское свидетельство СССР № 371657, кл. Н 02Р 13/16, 1971 (прототип).

J

/

лГ

-Л-Я

.---7Т

-ff-TT

.----п

5

4