Линейный импульсный модулятор

 

О П И С А Н И Е (щ769727

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Спи)з Советских ьокианис нческих

Республик, (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.12.76 (21) 2425631/18-21 (51) М. Кл.з

H ОЗК 7/02

) -< /, с присоединением заявки Л0 (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень № 37 (53) УДК 621.376.53 (088.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 07.10.80 (72) Автор изобретения

В. С, Уманский (71) Заявитель (54) ЛИНЕЙНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР

Государстеенный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к импульсной технике, может быть использовано преимущественно в импульсных передатчиках СВЧ радиолокационных установок, а также для модуляции генераторов СВЧ в линейных ускорителях заряженных частиц.

Известен импульсный модулятор, содержащий источник постоянного напряжения, зарядный диод, зарядный дроссель, формирующий двухполюсник, коммутатор, нагруз- )ð ку и устройство стабилизации амплитуды выходных импульсов, состоящее из схемы сравнения, источника постоянного опорного напряжения, схсмы импульсно-фазового управления, регулирующего элемента и источ- 15 ника управляющего напряжения, выполненного в виде сумматора, первый вход которого соединен через диод с первым выводом дополнительной обмотки зарядного дросселя и через второй встречно включен- 20 пый диод — с корпусом, второй вход сумматора соединен с выходом устройства сброса и через пиковый детектор и эмиттерный повторитель — со вторым выводом дополнительной обмотки зарядного дросселя; вход устройства сброса соединен с выходом схемы импульсно-фазового управления (1).

Недостаток известного импульсного модулятора заключается в низкой надежности 30 из-за искрений в нагрузке, например, катода магнетрона, если имеет место недостаточно плавное нарастание выходного напряжения после включения источника питания.

Известен также импульсный модулятор, содержащий последовательно соединенные источник питания, зашунтированный конденсатором фильтра; зарядный дроссель, состоящий из основной li двух дополнительных обмоток, включенных последовательно и согласно по отношению друг к другу и основной обмотке, причем их объединенные выводы через накопительный конденсатор, а другие через дополнительный и регулирующий тиристоры, подключенные соответственно анодом и катодом, соединены с общей шинои; зарядный диод, линию формирования и цепь нагрузки; разрядный коммутатор, подключенный между входом формирующеи лиьпш и общей шиной; диод, включенный встречно между анодом зарядного диода и общей шинои; пороговый элемент, выход которого подключен к управЛяющему электроду регулирующего тиристора непосредственно, а к управляющему электроду дополнительного тиристора — через цепь задержки, а вход — к выходу делителя напряжения, шунтирующего разрядный коммутатор (2).

769727 (1) () где, 65

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

Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения плавного нарастания амплитуды выходных импульсов после подключения питания.

Г1оставлепная цель достигается за счет того, что в линейный импульсный модулятор, содержащий последовательно соединенные источник питания, шунтированный 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 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 шиной; 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 цепь задержки, введены вспомогательная обмотка зарядного дросселя, включенная встречно по отношению к основной и дополнительным 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; 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 и — р — и и р — и — р, коллекторы которых взаимно соединены с базами, а между эмиттерами и общей шиной подключены импульсный трансформатор и времязадающий конденсатор соответственно, причем его вход питания шунтирован конденсатором, параллельно которому подключен стабилитрон.

На фиг. 1 показана схема линейного импульсного модулятора; на фиг. 2 показаны эпюры напряжений 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, 5

60 магистрон, подключенный через импульсный трансформатор); разрядный коммутатор 8, подключенный между входом формирующей линии и общей шиной; к выходу основной обмотки зарядного дросселя встречно подключен диод 9.

Зарядный дроссель снабжен двумя дополн тельными обмотками 10 и 11, включенными последовательно и согласно по отношению 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 цепь задержки 15, состоящую из элемента задержки 16 и последовательно соединенного разделительного импульсного трансформатора 17. Вход цепи задержки соединен с выходом порогового элемента 18, выполненного в виде релаксационного генератора на транзисторах 19 и

20 разного типа проводимости (n — р — n u р — и — 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 шиной 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

2б 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 С„линии формирования б от источника питания 1 через индуктивность L основной обмотки 3 зарядного дросселя 4, зарядный диод 5 и цепь нагрузки 7 (например, содержащую первичную обмотку импульсного трансформатора). Зарядное напряжение U и ток заряда 1, линии формирования б изменяются во времени приблизительно по законам (фиг. 2а):

Uë (t) = Ео (1 — cos Qз t) э А/pa) s> a — / ф д H,(з = (ф/С4

769727 — резонансная частота и характеристическое сопротивление зарядной цепи;

Ео — направление источника питания 1.

Напряжение на обмотке 3

Ui (t) = U, (/) — Е, = — Е, cos Q,t. (3) Напряжение на дополнительной обмотке

10 и вспомогательной обмотке 25, включенных встречно и имеющих одинаковый коэффициент трансформации nz, равны (фиг.

2в):

U = Ur./пг; U = — U, = — Ur./и1. (4)

Напряжение на дополнительной обмотке

11 с коэффициентом трансформации nzz

U, =. Ur. /n„. (5)

В установившемся режиме остаточное наппяжение на накопительном конденсаторе 14

U, = — Е,/иг. (6)

Напряжение U,-„„ð на управляющем входе порогового элемента 18 представляет собой сумму напряжений Up и У ; дополнительный диод 23 оказывается открытым только в интервале фазовых углов л/2 (03((л.

Напряяение U,.„с учетом (4) и (6) определяется как (фиг. 2c): упр — Уо + U = — (Ео/и!) (1 — cos Q,t), (7) причем л/2 (03t (л.

Сопоставляя (7) и (1), убеждаемся, что величина U,-„„ð пропорциональна U„. Как только U,-к„ достигает заданного фиксированного значения напряжения Е„ на входе питания порогового 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. Отпирание обоих транзисторов благодаря положительной 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 Е„. В результате на первичной обмотке импульсного трансформатора 22 в цепи эмиттера транзистора 20 формируется импульс отрицательной полярности, который после инвертиро вания в трансформаторе 22 поступает на управляющий электрод регулируемого тиристора 13 и открывает его.

При отпирании регулируемого тиристора

13 в интервале фазовых углов л/2 (03t ( (л параллельно дополнительной обмотке

11 подключается накопительный конденсатор 14, в результате дроссель 4 оказывается замкнутым почти накоротко. Напряжение

UA на аноде зарядного диода становится меньшим, чем зарядное напряжение U, — Ес(1 — Cos n) ) Ео íà его катоде, кото5

15 о

25 зо

6О

65 рое было достигнуто к моменту а/Q3 отпирания регулируемого тиристора 13. Поэтому ток заряда !а линии формирования прекращается, и напряжение U-, фиксируется на заданном уровне nzE„= Cozzst. t (фиг. 2а, Ь, с).

После отпирания регулируемого тиристора 13 начинается заряд накопительного конденсатора 14 до напряжения Uc „„,.„ происходящий в течение времени t,,ð (фиг.

2d). При этом энергия L313, накопленная в иидуктивности зарядного дросселя 4 к моменту отпирания регулируемого тиристора 13, передается в конденсатор 14, по окончании заряда которого регулируемый тиристор 13 запирается.

Итак, напряжение U, фиксируется на заданном уровне nz Е„(2Ер за счет изменения длительности Т3 цикла заряда (фиг.

2а). Для этого необходимо, чтобы Т3 (ТЗ макс. 1 Ле Т3 макс = Л/03 — Максимальная длительность зарядного цикла, равная длительности полупериода свободных колебаний в зарядной цепи.

Интервал То между окончанием заряда линии формирования 6 и моментом по;1ачи импульса запуска на разрядный коммутатор 8 должен быть таким, чтобы T = Tp +

+ Т3 —,,,„„T3 макс, ГЛЕ T — ПЕрИОд СЛЕдования импульсов запуска; (,„, — длительность заряда накопительного конденсатора

14;1о максимального напряжения U

Емкость зарядного конденсатора 14 дол 1 на быть Выбр2на т21, чтобы максимЯльное напряжение У.1, пересчитанное из обмотки

11 в обмотку 3 и приложенное к зарядному диоду 5, не превышало значение

U„(n) = л1Е„(фиг. 2а, b): ггг! - с.макс (- а (с ) ° (8)

Передача энергии из накопительного конденсатора 14 в источник питания 1 происходит в течение интервала То после запуска дополнительного тиристора 12. Импульс запуска на него подается с задержкой Т»

) t, ð, То (То, 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 п1. г ., с ..ак-, )) Ep, минус которого приложен 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 ггi U, = Ep, после этого диод 9 и дополнительный тиристор 12 запираются. На накопительном конденсаторе 14 до следующего зарядного цикла остается остаточное напряжение Up ——

= — Е,/гг, (фиг. 2d), о котором упоминалось ранее.

769727

Подача импульсов запуска У,,„ с периодом Т на разрядный коммутатор 8 вызывает разряд линии формирования 6 и формирование на цепи нагрузки 7 выходных импульсов отрицательной полярности с амплитудой У„(фиг. 2е, f), так как в схеме обеспечивается стабилизация напряжения U,„„, то тем самым достигается и стабилизация амплитуды U„— выходных импульсов (при этом предполагается сохранение постоянства сопротивления нагрузки).

Качество стабилизации напряжения U.„ (и, соответственно U„„), будет зависеть от стабильности напряжения Е„, которое обеспечивается действием стабилитрона 28, подключенного параллельно входу питания порогового элемента 18 и конденсатору 27, заряд которого осуществляется напряжениями U< и U через дополнительный диод 24 и резистор 26.

Плавное нарастание напряжения U, 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 Uq и Е на них нарастают постепенно, так что фазовый угол включения регулируемого тиристора

13 постепенно увеличивается приблизительно от л/2 до заданного значения сх (обычно около 5 л/6). В результате U., постепенно нарастает от Е, до U(а) = Eo(1— — Cos а) (2Е . Скорость нарастания U., и У„может регулироваться путем выбора постоянной времени RC-цепи, состоящей из резистора 26 и конденсатора 27.

Формула изобретения

1. Линейный импульсный модулятор, содержащий последовательно соединенные источник питания, шунтированный 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 тпристоры, подключенные соответственно анодом и катодом, соединены с общей шиной, зарядный диод, линию формирования и цепь нагрузки, а также разрядный комму5 татор, подключенный между входом формирующей линии и общей шиной, диод, подключенный встречно к выходу зарядного дросселя, пороговый элемент, выход которого подключен к управляющему электроду

10 регулирующего тиристора непосредственно, а к управляющему электроду дополнительного тиристора — через цепь задержки, о тл и ч а юшийся тем, что. с целью повышения надежности путем обеспечения плавного нарастания амплитуды выходных им.пульсов после подключения питания, в него введены вспомогательная обмотка зарядного дросселя, включенная встречно по отношению к основной и дополнительным об20 моткам; два диода и рсзистор, причем один вывод вспомогательной обмотки подключен к объединенным выводам дополнительных обмоток, а второй вывод через первый диод — к управляющему входу порогового

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

2. Модулятор по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что цепь задержки состоит из эле30 мента задержки, последовательно соединенного с разделительным импульсным трансформатором.

3. Модулятор по и. 1, отличающийс я тем, что пороговый элемент выполнен в

35 виде релаксационного генератора на двух транзисторах разного типа проводимости п — р — li u p — и — р, коллекторы которых взаимно соединены с базами, а между эмиттерами и общей шиной подключены им40 пульсный трансформатор и времязадающий конденсатор соответственно, причем его вход питания шунтирован конденсатором, параллельно которому подключен стабилитрон.

45 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

350148, кл. Н ОЗК 3/53, 04.09.72.

2. Авторское свидетельство СССР

Хо 541281, кл. Н ОЗК 7/02, 30.12.76 (прототип).

7б9727

Уиг у а

Редактор Б. Федотов

Корректор М. Гаврилова

Заказ 2412)6 Изд. № 504 Тираж 995 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

2Е а о

Составители Д. Лодырев

Техред И. Пенчко