Импульсный модулятор Советский патент 1982 года по МПК H03K7/02 

Изобретение относится к импульсным передающим устройствам радиотехнических средств различного назначения . Известен импульсный модулятор, со держащий источник питания, зарядную цепь, состоящую из последовательно соединенных дросселя и диода, зарядный конденсатор, повышающий трансФорматор, генератор запускающих импульсов, управляемый коммутатор, линию формирования, нагрузку, подмодулятор и элемент задержки, включенный между генератором запускающих импульсов и подмодулятором, последовательно с первичной обмоткой повьииа щего трансформатора включен тиристор управляемый генератором поджига, под ключенным к выходу генератора запускающих импульсов, к выходу зарядной цепи и параллельно первичной обмотке и тиристору подключен зарядный конденсатор, а линия формирования включена параллельно вторичной обмотке повышакицего трансформатора р J. Недостатком этого импульсного модулятора является его низкая надежность. Известен также импульсный модулятор, содержащий источник питания, зарядные коммутатор и индуктивность, диод, линию формирования, включенную параллельно цепи, состоящей из послрдовательно соединенных нагрузки и разразрядного коммутатора, подключенного катодом к обшей шине, генератор запускающих импульсов, подключенный выходом через подмодулятор к управляющему электроду зарядного коммутатора и через последовательно соединенные элемент задержки и генератор поджигающих импульсов - к управляющему электроду разрядного коммутатора 2 . Недостаток этого модулятора заключается в низкой надежности. 3 Цель изобретения - повышение надежности. Поставленная цель достигается тем, что в импульсный модулятор, содержащий источник питания, зарядные коммутатор и катушку индуктивности, диод, линию формирования, включенную параллельно цепи, состоящей из после довательно соединенных нагрузки и разрядного коммутатора, подключенного катодом к общей шине, генератор запускающих импульсов, подключенный выходом через подмодулятор к управляющему электроду зарядного коммутатора и.через последовательно соединенные элемент задержки и генератор поджигающих, импульсов - к управляющему электроду разрядного коммутатора, введены зарядный диод. датчик тока и пороговый элемент, при чем зарядный диод катодом подключен ко входу линии формирования, анодом к аноду зарядного коммутатора, катод которого подключен к отрицательной шине источника питания, параллельно зарядному коммутатору в противоположном направлении подключен диод, зарядная катушка индуктивности подключена между анодом зарядного диода и общей шиной, датчик тока подключен между положительной шннойисточника питания и обшей шиной а его выход через пороговый элемент к управля ющему входу подмодулятора. На фиг. 1 представлена функционал ная схема импульсного модулятора; на фиг, 2 - эпюры напряжений и тока в характеристических точках схемы. Импульсный модулятор содержит источник 1 питания, к отрицательной ши не которого катодом подключен зарядный коммутатор 2, к катоду зарядного коммутатора подключен анод диода 3 катод которого подключен к объединенным выводам анода зарядного комму татора 2 и зарядной катушки 4 индуктивности, второй вывод которой подключен к общей шине, к аноду зарядно го коммутатора 2 подключен анод зарядного диода 5, катод которого подключен ко входу линии 6 формирования, соединенной выходом с общей шиной, параллельно линии формирования подключена цепь., состоящая из последовательно соединенных нагрузки 7 и разрядного коммутатора В. Через подмодулятор 9 к управляющему электроду зарядного коммутатора 2 подключен Быход генератора 10 за5ускающих импульсов, а через последоательно соединенные элемент 11 заержки, генератор 12 поджигающих -1Мпульсов выход генератора 10 запускающих импульсов подключен к управяющему электроду разрядного коммутатора 8. Между положительной шиной сточника 1 питания и обшей шиной включен датчик 13 тока, выход которого через пороговый элемент 14 подключен к управляющему входу подмодулятора 9. Лмпульсный модулятор работает слеуюпдам образом. При подаче запускающего импульса (фиг. 2а) на вход подмодулятора 9 зарядного коммутатора последний формирует импульс U ррд„ (фиг, 2б). В момент времени t..,, когда этим импульсом открывается зарядный коммутатор, через зарядную катушку 4 индуктивности начинает протекать ток i j {фиг. 2) по цепи: положительная шина источника питания, зарядный коммутатор 2, зарядная катушка 4 индуктивности, отрицательная шина источника питания {через линию формирования в этот момент времени благодаря зарядному диоду ток не протекает). Б указанной цепи ток .нарастает по экспоненциальному закону. Так как зарядная катушка 4 индуктивности в импульсном модуляторе выполняет функцию промежуточного индуктивного накопителя энергии, то с точки зрения получения наибольшего КПД такого накопителя, время протекания тока через последний следует уменьшить и использовать линейный участок в начале экспоненты. В этом случае через индукзакон изменения тока тивность L в зависимости от времени t определяется выражением . Et(1) Ч- -ггде Е - величина напряжения источника питания. В момент времени выключения зарядного коммутатора ii ij энергия W, , запасенная в зарядной индуктивности составляет величину г -2 в момент включения зарядного коммутатора ток, протекающий в зарядной катушке 4 индуктивности, мгновенно прекратиться не может. Поэтому напряжение (фиг. 22) на зарядной катушке 4 индуктивности изменяет 5 i продолжает про полярность и ток кать по цепи: зарядный диод 5 и линия 6 формирования, которая при это заряжается. Процесс заряда линии 6 формирова ния заканчивается в момент времени t , когда 0. При этом напряжение на линии 6 формирования достигает величины Удф (фиг. 2д) , а энергия запасенная в емкости С,- линии формирования, равна - Ф Xd) S0 2- суммарная емкость линии формирования состоящей из п ячеек. Без учета потерь в цепи заряда линии формирования должно выполнять ся условие , откуда, учитывая выражение ( 1), имеем 17- . -Ь Лф 1 С Лф УьСдф (2) следует, что ес Из выражения - что ли . 1 что всегда выполнимо, то напр)1жение на линии 6 формирования всегда превышает напряжение Е источника I питания и это условие положено в основу работы импульсног модулятора. В момент окончания заряда линии 6 формирования напряжение на по ледней фиксируется зарядным диодом 5, а энергия, запасенная в паразитных емкостях схемы ( емкость между анодом второго диода и общей шиной модулятора, междувитковая емкость катушки зарядной индуктивности и т.д.) вызывает колебательный процес в контуре, образованном упомянутыми паразитными емкостями и зарядной индуктивностью. Поэтому в момент (времени t напряжение U (фиг. 2г) на зарядной катушке 4 индуктивности :Снова изменяет полярность, и как только это напряжение превьшает .уро вень напряжения Е источника питания сразу же через диод 3 течет ток, и энергия, запасенная в паразитных емкостях схемы, возвращается в исто ник питания. На этом процесс заряда линии формирования заканчивается. X концу этого процесса напряжения и токи в элементах схемы импульсного модул тора равны нулю, а напряжение на ли нии 6 формирования равно L) дф. 05 В момент времени t на управляющий электрод разрядного коммутатора 8 с выхода генератора 12 поджигающих импульсов поступает задержанный на время t- элементом 11 задержки, импульс и (фиг. 29), линия 6 формирования разряжается а на нагрузке 7 модулятора формируется выходной импульс и ( фиг. 2Л Использование в импул&гном модуляторе для заряда линии формирования промежуточного.индуктивного накопителя отличает данный модулятор от схемы известного модулятора, ибо в нем число элементов в цепи заряда линии формирования сведено к минимуму и в процессе ее заряда участвует всего лишь три элемента - зарядный коммутатор, зарядная катушка индуктивности и второй диод. Следствием уменьшения числа элементов в цепи заряда линии формирования, а также замены повышающего трансформатора, содержащего две обмотки, катушкой индуктивности с одной обмоткой, является более высокая надежность модулятора по сравнению со схемой известного устройства. Кроме того, энергоемкость индуктивного накопителя, отнесенная к единице объема, намного больше, чем у емкостного, что позволяет уменьшить габариты модулятора. .Работа импульсного модулятора в соответствии с выражением 2 основана на стабилизации от импульса к импульсу уровня напряжения и.на линии формирования посредством стабилизации величины тока л в зарядной катушке 4 индуктивности в момент выключения зарядного коммутатора 2. Это условие в соответствии с формулой 1 ) всегда вьтолняется, если время t протекания тока через зарядную катушку 4 индуктивности изменяется обратно пропорционально изменению уровня выходного напряжения Е источника 1. питания. При достижении в зарядной катуш- . ке 4 индуктивности заданной величины тока измеряемой посредством датчика 13 тока порогового элемента 14, сигналом с выхода порогового элемента 14, поступающим на управляющий вход подмодулятора 9 заданного коммутатора, происходит принудительное выключение последнего. При уровне напряжения источника Е (фиг. 2г) ток ц фиг.2 1 питания 1 через интерзначениядостигает

вал в эемени L , что определяет длительность выходного импульса подмодулятора 9 зарядного коммутатора 2. В момент времени tt, напряжение источника 1 питания увеличивается до значеНИЛ Е.,. Поэтому ток в зарядной катушке А индуктивности достигает значение ii, i/f за меньший интервал времен Т, . При этом напряжение на линии о формирования как в первом, так и во втором случае одинаково и равно иу,ф (фиг. 25) и, соответственно, амплитуда выходных импульсов и ц. (фиг. ) остается без изменения.

tДанная схема импульсного модулятора в отличие от известных характеризуется стабилизацией амплитуд импульсов на выходе модулятора посредством изменения времени заряда промежуточного индуктивного накопителя. В рассмотренной схеме импульсного модулятора число элементов, обеспечивающих стабилизацию (датчик тока и пороговый элемент) сведено к мини- муму, причем ни один из элементов цепи стабилизации не находится под высоким уровнемнапряжения и по этой причине не снижает надежности модулятора. В предлагаемом модуляторе наряду ;состабилизацией амплитуд импульсов на нагрузке модулятора может быть осущестш1ена их регулировка в пределах от нуля до номинального значения посредством введения в подмодулятор зарядного коммутатора регулировки длительности его выходного импульса. Возможностью регулировки амплитуды импульса на нагрузке в столь широких пределах не обладает ни один из известных модуляторов. j Применяемый в схеме модулятора датчик тока - трансформатор тока или просто резистор, с целью уменьшения потерь энергии должен иметь как можно меньшее активное сопротивление вследствие чего в этом модуляторе влияние окружаюшей среды и наводок на точность стабилизации сведено к минимуму.

Формула изобретения Импульсный модулятор, содержащий источник питания, зарядные коммутатор и катушку индуктивности, диод, линию формирования, включенную параллельно цепи, состоящей из последовательно соединенных нагрузки и разрядного коммутатора, подключенного катодом к общей шине, генератор запускающих импульсов, подключенный выходом через подмодулятор к управляющему электроду зарядного коммутатора и через последовательно соединенные элемент задержки и генератор поджигакщих импульсов - к управляющему электроду разрядного коммутатора, отличающийся тем, что, с целью повьШ1ения надежности, в него введены зарядный диод, датчик тока и пороговый элемент, причем зарядный диод катодом подключен ко входу линии формирования, анодом к аноду зарядного коммутатора, катод которого подключен к отрицательной шине источника питания, параллельно зарядному коммутатору в противоположном направлении подключен диод, зарядная катушка индуктивности подключена между анодом зарядного диода и общей шиной, датчик тока подключен между положительной шиной источника питания и общей шиной, а его выход через пороговый элемент - к управляющему входу подмодулятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 344570, кл. Н 03 К з/53, опублик. 07.07.72.

2.Авторское свидетельство СССР

по заявке № 2678432/18-21, 27.10.78.