Ключевое генераторное устройство

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в мощных генераторах сигналов низкой и высокой частоты высокоэффективных радиопередающих устройств, технологических установок и т.п. В ключевом генераторном устройстве в результате введения в него первого элемента 2 запрета, сумматора 3, счетного триггера 4, дифференцирующей цепи 5, фиксатора 6 нулевого уровня, управляемого ключа 7, двухвходовой интегрирующей цепи 8 с шиной 9 фиксированного потенциала, второго элемента 10 запрета, инвертора 11 и автогенератора 12 повышена его надежность . 2 ил,

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s Н 03 К 17/56, 3/64

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (Л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4736169/21 (22) 05.09.89 (46) 07.09.91. Бюл, М 33 (71) Иркутское конструкторское бюро радиосвязи (72) В.А.Галахов и В.С.Китаев (53) 621.382 (088.8) (56) Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. — М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 301, рис. 8.22.

Радиотехника, 1987, N 10, с. 26-27. (54) КЛЮЧЕВОЕ ГЕНЕРАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к импульсной.. Ы 1б76083 А1 технике и может быть использовано в мощных генераторах сигналов низкой и высокой частоты высокоэффективных радиопередающих устройств, технологических установок и т.п. В ключевом генераторном устройстве в результате введения в него первого элемента 2 запрета, сумматора 3, счетного триггера 4, дифференцирующей цепи 5, фиксатора 6 нулевого уровня, управляемого ключа 7, двухвходовой интегрирующей цепи 8 с шиной 9 фиксированного потенциала, второго элемента 10 запрета, инвертора 11 и автогенератора 12 повышена его надежность . 2 ил.

1676083 режиме скважность выходных импульсов д таких возбудителей составляет 1 5-4. В слу- в

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в мощных генераторах сигналов низкой и высокой частоты высокоэффективных радиопередающих устройств, технологических установок и т.п.

Цель изобретения — повышение надежности, На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— эпюры напряжений, поясняющие принцип его работы (а — номинальный режим; б— возбудитель неисправен, причем индексы напряжений соответствуют номерам блоков, к выходу котбрых они относятся).

Предлагаемое устройство содержит возбудитель 1, выход которого соединен с первым входом первого элемента 2 запрета, подключенного выходом к первому входу сумматора 3, соединенного с входом счетного триггера 4, а также последовательно соединенные дифференцирующую цепь 5, фиксатор 6 нулевого уровня, управляемый ключ 7 и двухвходовую интегрирующую цепь 8, первый вход которой подключен к шине 9 фиксированного потенциала,.второй элемент 10 запрета, выход которого соединен с вторым входом сумматора 3, инвертор

11, вход которого соединен . выходом двухвходовой интегрирующей цепи 8 и первым входом второго элемента 10 запрета, второй вход которого соединен с выходом автогенератора 12, причем выход инвертора соединен с вторым входом первого элемента запрета 2, а вход дифференцирующей цепи 5 — с выходом возбудителя 1.

Предлагаемое устройство содержит также блок 13 согласования, вход которого соединен с выходом счетного триггера 4, первую шину 14 питания, соединенную с первым выводом питания первого двухтактного ключевого каскада 15, второй вывод питания которого соединен с первым выводом питания второго двухтактного ключевого каскада 16, второй вывод питания которого соединен с второй шиной 17 питания, причем двухтактные ключевые каскады

15 и 16 по выходу соединены также последовательно и их выходы подключены к балластному блоку 18.

Возбудитель 1 формирует логический сигнал частоты, равной удвоенной рабочей частоте ключевого генераторного устройства. Как правило, возбудители диапазонных устройств содержат опорный кварцевый генератор, генератор плавного диапазона, делители частоты и кольцо фазовой автоподстройки частоты. В номинальном

55 чае отсутствия синхронизма эта скважность возрастает и составляет несколько десятков и более, либо генерируемая частота лежит далеко за рабочим диапазоном. При неисправности возбудителя его выходной сигнал может иметь как уровень логического нуля, так и единицы.

Первый 2 и второй 10 элементы запрета передают сигнал со входа на выход при наличии на их другом входе сигнала разрешения. В частности, они могут быть выполнены на стандартном элементе И-НЕ (фиг. 1), например триггере Шмитта, В этом случае на их выходе, соответственно, будет инверсный входной сигнал при уровне логической

"1" на другом входе, Сумматор 3 служит для суммирования логических сигналов, При реализации элементов 2 и 10 на основе элементов И-НЕ сумматор 3 может быть как сумматор сигналов уровня логического нуля, выполнен на элементе И (фиг. 1), либо также элементе

И-НЕ. При отсутствии инверсии в элементах

2 и 10 сумматор 3 суммирует логические единицы и может быть выполнен на элементе ИЛИ.

Счетный триггер 4 является стандартным триггером с синхровходом в режиме счета, Он необходим для превращения входного импульсного сигнала в сигнал типа

"меандр" (со скважностью 2), обеспечивающий нормальную работу двухтактных ключевых каскадов 15 и 16 и блока 13 согласования, так как на выходе устройства необходимо генерировать напряжение со скважностью 2, лишенной постоянной составляющей и четных гармоник.

Дифференцирующая цепь 5 превращает входные импульсы в более короткие импульсы заданной длительности t<,, определяемой параметрами RC-цепи, реализующей в простейшем случае данную дифференциальную цепь (фиг. 1). В общем случае дифференцирующая цепь 5 может быть формирователем импульсов длительности t> по фронту каждого входного импульса. Причем при длительности входных импульсов меньше to их длительность не изменяется.

Фиксатор 6 нулевого уровня служит для привязки нулевого уровня выходного сигнала дифференцирующей цепи 5 к уровню нулевого напряжения, Она может содержать диод, соединенный с нулевой шиной, и резистор, сопротивление которого значительно больше сопротивления открытого диода (фиг, 1).

Управляемый ключ 7 фиксирует на выхое нулевой потенциал при наличии íà его ходе положительного сигнала. Он может

15 быть выполнен на основе транзистора либо логического инвертора с открытым коллектором (фиг. 1).

Двухвходовая интегрирующая цепь 8 может содержать по каждому входу резистор R> и В и накопительный конденсатор

С (его величина выбирается такой, чтобы пульсации напряжения на нем были малыми и не нарушали устойчивую работу устройства). При этом напряжение Ug шины 9 фиксированного потенциала должно заметно (в

2-3 раза) превышать порог Цо срабатывания элемента 10 запрета (с учетом гистерезиса его характеристики), В этом случае среднее напряжение на выходе цепи 8

UB = Ug В2 /(Rz + R1 to/T), где Т вЂ” период следования импульсов возбудителя 1.

Тогда выбором напряжения Ug и величин резисторов Rz u Rt можно обеспечить достижение (уменьшение) 0в порога U0 при ОIТ > К, т.е. при T < t K, где К вЂ” некий коэффициент, выбираемый совместно с to таким, чтобы при периоде Т следования им.— пульсов возбудителя больше допустимого

0в превышало 00 и элемент 10 запрета был открыт по первому входу (передает импульсы со своего второго входа на выход). Следует отметить, что постоянная времени Р С определяет скорость срабатывания элемента 10 запрета и для обеспечения высокой надежности устройства не должна превышать 10-30 максимальных периодов Т исправного возбудителя 1.

Инвертор 11 является стандартным логическим инвертором.

Для повышения устойчивости работы устройства он так же, как и элемент 10 запрета, может быть выполнен на базе триггера Шмитта, обладающего гистерезисом.

Автогенератор 12 генерирует импульсный сигнал в заданном частотном диапазоне (как правило, соотве-.ствующем верхней части рабочего диапазона возбудителя 1), т.е, близкий по частоте к удвоенной рабочей частоте устройства. Автогенератор 12 выполняется по простейшим высоконадежным схемам (например, симметричного или несимметричного мул ьтивибратора, или инвертора с обратной связью), Блок 13 согласования усиливает сигнал с выхода триггера 4 до необходимого для управления двухтактными ключевыми каскадами 15 и 16 уровня, а также обеспечивает гальваническую развязку входов ключевых каскадов 15 и 16 друг от друга.

Блок 13 согласования, как и в известном устройстве, может быть выполнен по схеме

4Г с.0 двухтактнаго ключевага усилителя с трзнсфаг>матарнь>ми выходами.

Двухтактные кл>ачевые каскадь> 15 и 16 вьнюлняются по идентичным схемам и содержат два транзисторных кл>оча (на МДГ1 или биполярных транзисторах), включенных па полумостовой, мостовой или трансформаторной двухтактной схеме, Балластный блок 18 служит для обеспечения выравнивания выходных напряжений каскадов 15 и 16 за счет выравнивания их сопротивлений нагрузки, В простейшем случае они содержат элемент гальванической развязки (например, разделительные конденсаторы) и балластные резисторы, соединяющие синфазные по высокой частоте выходы двухтактных ключевых каскадов 15 и 16 (фиг. 1).

Устройство работает следующим образам.

При исправном возбудителе 1 (фиг. 2а) на его выходе формируется сигнал в диапазоне частот от f> да fz са скважностью, например, от 2 до 3 (это зависит от конкретной схемы возбудителя), Причем, для определенности, пусть fz =2f1, т.е. перекрытие частотного диапазона равно двум, что, как правило, достаточно для устройств связи, вещания и тем более технологической аппаратуры.

При этом максимальный рабочий период сигнала возбудителя 1 Т =- 1/1, и должен быть меньше tpK. Тогда U» < Uo и, следовательно, элемент 10 запрета закрыт по первому входу и на ега выходе присутствует сигнал логической единицы (сигнал автогенератора 12 блокируется элементом 10), При этом на втором входе первого элемента

2 запрета присутствует сигнал логической единицы (с выхода инвертора 11) и сигнал возбудителя 1 передается на выход элемент

2 запрета (с инверсией). А так как на втором

í-,îäå сумматора 3 сигнал равен логической единице, то сигнал возбудителя 1 передается на выход сумматора 3 и, соответственно, на счетный вход триггера 4, управляющего работой оконечного каскада (каскадами 15 и 16). Таким образом, при исправном возбудителе i предлагаемое устройство работает на частоте, определяемой возбудителем 1.

> .. > этом, очевидно, обеспечивается вырав.«а>»ле напряжений питания двухтактных кл>эчевь>х каскадов 15 и 16 за счет балласт; ага блока 18.

Рассмотрим случаи различных отказов

>. ;-Збудителя 1.

Пусть на выхо,>е возбудителя 1 формируется вместо импульсного сигнала сигнал .û:è÷åñêîão нуля. Тогда на выходе первого

:::.-:"мента запрета 2 присутствует сигнал ло1676083 гической единицы. Управляемый ключ 7 пр;i этом все время заперт и (3я =- Ug > Vo, т.е. на первом входе элемента 10 запрета сигнал уровня логической единицы. Следовательно, на выходе элемента 10 передается (с инверсией) сигнал автогенератора, поступающий через сумматор 3 на вход счетного триггера 4. В результате этого при неисправном возбудителе 1. двухтактные ключевые каскады 15 и 16 не заперты, а переключаются с частотой, определяемой автогенератором 12, В этом случае обеспечивается выравнивание напряжений питания каскад в 15 и 16 за счет выравнивающего действия балластного блока 18 и устройство сохраняет работоспособность. Аналогично, если на выходе неисправного возбудителя формирУется сигнал логической единицы, то также Ов = Ug > Uo (ключ 7 заперт) и на второй вход первого элемента 2 запрета подается сигнал логического нуля через инвертор 11, а элемент 10 запрета, как и в предыдущем случае, открыт.

Благодаря отсутствию на втором входе элемента 2 нуля, на его выходе формируется сигнал логической единицы, и сигнал автогенератора 12 через сумматор 3 передается на счетный триггер 4, Таким образом, устройство работает с частотой, определяемой автогенератором 12, и также сохраняет свою работоспособность.

8 случае, если возбудитель 1 не находится в синхронизме (либо неисправен), т.е. генерирует сигнал U1 пониженной частоты

Тз» Т1 и (или) с существенно повышенной скважностью (несколько десятков — сотен, см. фиг. 2б). В этом случае бв > 4, что обеспечивается выбором параметров интегрирующей цепи 8: R>, R2 и цепи 5: го, а также выбором Ug из условия

Ug R2/(R2 + R1 1o /T1) =Uo а (2to < Т2, Ug > 2Uo) коэффициент аопределяе,т запас по величине максимального допустимого рабочего периода (обычно а = 0,5-0,8). Выбор величины а определяет величину периода (скважности), при котором происходит переключение на работу от автогенератора 12 (повышение Ua до уровня Uo логической единицы).

Таким образом, при возрастании Т или скважности сигнала на выходе возбудителя

1 выше установленной величины на первом входе элемента 10 запрета формируется потенциал Ue логической единицы, И, следовательно, аналогично вышеописанному, на

10

25 кварцевого генератора и большого количе30

55 вход триггера 4 поступает сигнал 012 автогенератора 12, а не возбудителя 1. В результате этого работоспособность устройства также сохраняется, так как обеспечивается выравнивание напряжений питания двухтактных ключевых каскадов 15 и 16 и предотвращается их выход из строя.

Следовательно, при всех наиболее вероятных видах отказов возбудителя 1, приводящих к выходу из строя двухтактных ключевых каскадов 15 и 16 известного устройства, работоспособность всех силовых каскадов в предлагаемом устройстве сохраняется, И при появлении на выходе возбудителя 1 необходимого сигнала обеспечивается практически мгновенное подключение входов двухтактных ключевых каскадов к выходу возбудителя 1 (через соответствующие цепи). Благодаря этому и обеспечивается повышение надежности предлагаемого устройства. Причем степень повышейия надежности зависит от надежности возбудителя 1, надежность которого, как правило, невысока (вследствие наличия в его составе ства элементов) и соизмерима с надежностью остальных блоков устройства.

Формула изобретения

Ключевое генераторное устройство, содержащее возбудитель, счетный триггер, выход которого соединен с входом блока согласования, соединенные последовательно как по питанию, так и по выходу, первый и второй двухтактные ключевые каскады, входы которых подключены к выходу блока согласования, а выходы — к балластному блоку, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, введены первый и второй элементы запрета, сумматор, выход которого соединен с входом счетного триггера, последовательно соединенные дифференцирующую цепь, фиксатор нулевого уровня и управляемый ключ, а также инвертор, автогенератор и двухвходовая интегрирующая цепь, выход которой подключен к входу инвертора и к первому входу второго элемента запрета, второй вход которого подключен к выходу автогенератора, а выход — к второму входу сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого элемента запрета, первый вход которого соединен с выходом возбудителя и входом дифференцирующей цепи, а второй — с выходом инвертора, при этом первый вход двухвходовой интегрирующей цепи соединен "шиной фиксированного потенциала, а ее второй вход — с выходом управляемого ключа.

1676083

V8

У0

V 12

V/0

У2

Фиг 2

Составитель Л.Скобелева

Редактор Н.Лазоренко Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 3013 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101