Генератор импульсов "альбатрос

 

О ll И С А Н И Е (951658

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 07. 06 73 (21) 1927342/18-21 с присоединением заявки М 2071684/21 (23) Приоритет

Опубликовано 15. 08. 82. Бюллетень Юе 30

Дата опубликования описания 18. 08. 82 (51) М, K,q .

Н 03 К 3/02

ГевударсткнлыН квинтет

СССР дю делам хэобретенкк и еткрытвй (53) УДК621 .373(088.8) F !

;, .т тт;;, и 1 т

° т . тт

4и:т, и, !... 1 (72) Автор изобретения

1"" -

Ът

В. Л. Ковба (7l) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ "АЛЬБАТРОС"

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться для питания электро- и радиотехнических устрановок различного назначения.

Известен генератор импульсов, питаемый от сети переменного тока и содержащий накопительный конденсатор, разряжаемый через коммутатор на нагрузку (1 ).

Однако частота этого генератора сравнительно невысока.

Известен также генератор импульсов, содержащий электрический мост, в двух смежных плечах которого включены диоды, общая точка диодов подключена к одному выводу источника питания, а в двух других смежных плечах моста Включены последователь. но соединенные конденсаторы и первичные обмотки трансформаторов, общая точка которых соединена с другим выводом источника питания (2 ).

Частота данного генератора также невысока.

Цель изобретения - повышение частоты следования импульсов.

Для достижения цели в генераторе импульсов, содержащем, по-крайней мере, один электрический мост, в двух смежных плечах которого вклюI чены диоды, общая точка диодов подключена к одному выводу источника питания, а в двух других смежных плечах моста включены последовательно соединенные конденсаторы и первичные обмотки трансформаторов, общая точка которых соединена с другим выводом источника питания, параллельно диодам смежных плеч моста включен элемент с отрицательным динамическим сопротивлением. рв В качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использован тиристор, блок управления которым, а также последовательно соединенные нагрузка, вторичная обмот951658 ка трансформатора и дополнительный конденсатор подключены параллельно

1 диодам смежных печ моста, обмотка подмагничивания трансформатора под4 ключена к промежуточному потребителю энергии.

В качестве элемента с. отрицательным динамическим сопротивлением использован искродуговой промежуток, параллельно которому включены 1О последовательно соединенные вторичная обмотка трансформатора и промежуточный потребитель энергии.

В качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением ис- 15 пользована люминесцентная .пампа с токопроводящей полосой, в цепь люминесцентной лампы включены вторичная обмотка трансформатора и дроссель, токопроводящая полоса соединена с общей точкой конденсаторов моста, параллельно лампе, последовательно с ее электродами, включен опорый диод.

На фиг. 1 представлена электричес. 2 кая схема предлагаемого генератора импульсов, когда в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использован тиристор, на фиг. 2 - интервалы работы генератора; на фиг. 3 - графики напряжения, где а — график питающего ; напряжения, б и S — на конденсаторах моста, — на тиристоре, О - на нагрузке генерато ра, Я вЂ” на выходе генератора при

35 холостом ходе; на фиг. 4 и 5 — электрические схемы генератора, когда в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использованы соответственно дуговой промежуток и люминесцентная лампа.

4О

Генератор электрических импульсов (см; фиг. 1) получает питание через зажимы входной диагонали моста и содержит в двух смежных плечах..с моста диоды 1 и 2, в двух других смежных плечах моста размещены первичная обмотка,3, конденсатор 4 и соответственно конденсатор 5 и пер вичная обмотка 6 трансформатора 7, нагрузка 8, вторичная обмотка 9 и дополнительный конденсатор 10 соединены последовательно и включены на выходную диагональ моста 0 -д, обмотка 11 подмагничивания трансформатора замкнута на промежуточный по- 55 требитель электроэнергии, например конденсатор 12, и электрически не. связана с остальной частью схемы, а на выходную диагональ моста включен тиристор 13, получающий импульсы управления через диод 14 от блока управления из резистора 15 (регулируемого) и конденсатора 16, .соединенных последовательно и включенных на выходную диагональ моста.

На фиг. 2 показаны интервалы работы генератора электрических импульсов применительно к упрощенной схеме, в которой все вторичные обмотки приведены к одной обмотке, а элементы нагрузки объединены в одно активное сопротивление, причем указаны только те цепи генератора, в которых проходит ток. Интервалы работы генератора даны только для одного периода высокочастотных колебаний.

На фиг. 3а. показан характер изменения напряжения на входе генератора в виде функции напряжения с постоянной скоростью его изменения во времени в пределах полупериода.

Такая функция входного напряжения

° обеспечивает непрерывность действия генератора электрических импульсов. Как показано на фиг. 3 Д и 3.(, первый полупериод нарастающего изменения внешнего напряжения на конденсаторе 4 происходит, непрерывный процесс изменения напряжения, а на конденсаторе 5 напряжение изменяется только в течение небольших промежутков времени, имеет интервалы неизменного значения и многократно повторяет такой же характер своего изменения эа.весь .полупериод внешнего источника. Во второй полупериод характер изменения напряжений на конденсаторах взаимно меняется. Напряжение на выходной диагонали моста (фиг. 3 ) и напряжение на нагрузке 8 генератора (фиг. 3P) имеют при неизменной нагрузке непрерывный высокочастотный характер периодических релаксационных колебаний. Передний фронт изменения напряжения на нагрузке (фиг. 3e) имеет резко выраженный характер ступеньки изменения напряжения и, соответственно, тока.

С момента включения источника питания низкой частоты происходит заряд конденсатора 4. Диод 2 в этот интервал (фиг. 2, интервал Уэакрыт, так, как на его катоде потенциал больше, чем на аноде и напряжение на конденсаторе 5 не изменяется. Зарядный .ток в конденсаторе 4 проходит через диод 1 и первичную обмотку 3 транс951658

20 форматора 7. Состав элементов заряд- ной цепи конденсатора 4 таков, что при низкой частоте внешнего источника питания, характер изменения тока заряда на большей части интервала близок к постоянному току.

Вследствие этого заряд конденсатора 4, а следовательно, и напряжение на нем нарастают почти линейно со временем. Напряжение на выходной диагонали "а-Ъ" моста в это время равно сумме напряжений на конденсаторах 4 и 5, оно также нарастает со временем почти линейно. При достижении напряжения на конденсаторе

4 величины, близкой к своему максимальному значению на рассматриваемом интервале, линейность изменения тока заряда конденсатора 4 нарушается. Во вторичной цепи появляется увеличивающийся по амплитуде отклонения от значения "О" вторичный ток. А в момент достижения напряжением конденсатора 4 максимальной величины, ток заряда конденсатора 4 прекращается. Диод 1 закрывается. Во всех ветвях первичной цепи тока нет, внешний источник напряжения отключен, а во вторичной цепи ток, достигнув своего максимального отклонения, уменьшается.

При уменьшении тока во вторичной цепи напряжение на выходной диагонали моста увеличивается и при достижении им величины уставки срабатывания тиристора 13 тиристор открывается. Величина уставки срабатывания тиристора задается блоком управления (резистор 15, конденсатор 16).

При открывании тиристора 13 происходит переход генератора электрических импульсов в следующий интервал работы (фиг. 2, интервал ), при этом формируется контур прямого хода колебаний тока. В состав контура прямого хода колебаний входят: тиристор 13 (элемент с отрицательным динамическим сопротивлением), последовательно включенные конденсаторы

4, 5 и последовательно включенные

50 первичные обмотки 3 и 6 трансформатора 7. В предыдушем интервале конденсаторы 4, 5 и первичные обмотки 3, 6 были взаимно электрически разобщены.

Вторичная цепь при переходе с интервала I на интервал 11 своего состава не изменяет.

Наличие в сформированном контуре прямого хода колебаний, элемента с ототрицательным динамическим сопротив; лением, переключение конденсаторов моста с их взаимно раздельного состояния на последовательное включение (при переходе с интервала на интервал), включение первичных обмоток на последовательную их работу (при наличии взаимной положительной связи первичных и вторичных обмоток трансформатора) приводят к тому, что в первичной цепи образуется дельта им" пульс тока. Напряжение на последовательно включенных конденсаторах 4 и

5, за счет наличия дельта импульса тока в контуре прямого хода колебаний тока, изменяют свою величину ступеньками. Средняя величина напряжения обоих конденсаторов (их полусумма), равная напряжению источника питания, при этом не изменяется. В этот же момент напряжение на конденсаторе 4 уменьшается до уровня ниже среднего и одновременно напряжение на конденсаторе 5 отклоняется до уровня, большего, чем среднее значение (по абсолютной величине). Конденсаторы 4 и 5 "обмениваются" уровнями отклонения их напряжений от среднего значения с увеличением (усилением) размаха напряжения отклонения от. среднего значения. Это происходит за счет действия отрицательного динамического сопротивления тиристора и действия внутренней обратной положительной связи между последовательно включенными первичными обмотками 3 и 6. В этом обмене уровнями напряжения на конденсаторах 4 и 5 принимают участие и обмотки трансформатора.

При переходе работы генератора с интервала 1 на интервал 11 (фиг. 2) первичные обмотки 3 и 6 трансформагора, расположенные s разных плечах моста, переключаются с раздельной их работы на последовательное соединение и между ними через вторичную обмотку устанавливается внутренняя положительная обратная связь по току. Эта связь приводится в действие открывающимся тиристором и между обмотками происходит обмен потокосцеплениями.

Этот обмен потокосцеплениями между обмотками 3 и 6 по своему характеру аналогичен обмену зарядами между конденсатором 4 и 5. Наличие внутренней положительной обратной связи по току между обмотками 3 и

6, действующей через вторичные

95I6

ЗО обмотки трансформатора, производит полную компенсацию активной и реактивной составляющих напряжения на обмотках 3 и 6 и обеспечивает прохождение импульса тока при мгновенном обмене зарядами между конденсаторами 4 и 5.

Таким образом, первичная цепь трансформатора, формируя дельта импульс тока в контуре прямого хода >0 . колебаний, фактически формирует дель. та импульс мощности или ступеньки энергии. Источниками этой энергии в данном случае являются исходная разница уровней энергии на конденсаторах 4 и 5, начальный запас магнитной энергии во вторичной обмотке трансформатора и тиристор.

Электростатическая энергия поляризационной полупроводниковой струк- 20 туры тиристора, "разрушаясь", принуждает конденсаторы 4 и 5 обменивать.ся зарядами, а группы обмоток трансформатора, расположенные в разных плечах моста, — потокосцеплениями.

При этом энергия тиристора (элемента с отрицательным динамическим сопротивлением), накопленная им при формировании электростатической поляризационной структуры в период работы генератора электрических импульсов в 1-ый интервал, мгновенно передается не только конденсатору

5, но и сердечнику трансформатора 7.

Обмотка 11 подмагничивания замкнута (образуя контур возбуждения

35 высокой частоты) на любой элемент электрической цепи: конденсатор, резистор,,дроссель. Они в этом случае обеспечивают работу генератора

40 электрических импульсов на его холостом ходу и управляют моментом включения тиристора.

Далее (после перехода с интервала

1 на интервал 1)) в интервале 11

45 начинает проходить волна тока прямого хода колебаний в первичной цепи, ;изменяются напряжения на конденса,торах 4 и 5. При достижении током тиристора 13 величины, равной нулю, тиристор закрывается. Схема переходит 50 в следующий интервал работы (фиг. 2 интервал Ш ), при этом формируется контур обратного хода колебаний. В

его состав входят диоды 1, 2 и после-. довательно включенные конденсаторы

4, 5 и обмотки 3, 6. Волна обратного хода колебаний тока значительно (примерно в 2 раза) меньше по величи58 8 не амплитуды, чем волна прямого хода колебаний тока в первичной цепи. При достижении током обратного хода колебаний своего максимального значения происходит переход работы генератора в следующий интервал (интервал

IV, фиг. 2). В этот момент происходит .подключение внешнего источника к колебательному контуру обратного хода колебаний. Диод 2 через корот1 .кий промежуток времени закрывается и схема переходит в 1 интервал работы. Далее процесс .формирования высокочастотных колебаний повторяется аналогично описанному выше. Интегральная разница прямого и обратного хода колебаний тока в конденсаторах

4 и 5 обеспечивает получение колебаний напряжений на конденсаторах от,носительно их среднего значения, ко:торое равно амплитудному значению напряжения источника питания моста.

1 Взаимная связь реакция (тока) первич- ной цепи и реакции (тока) вторичной цепи такова, что току первичной це:пи соответствует производная тока вторичной цепи, а току вторичной цепи соответствует интеграл тока первичной цепи. Поэтому дельта функции и синусу тока первичной цепи соответствует ступенька и косинус тока вторичной цепи. Сьем нагрузки у генератора электрических импульсов может быть произведен также за счет отбора энергии поляризационных потерь в диэлектрике конденсатора 10 или потерь в железе трансформатора 7.

В опытном образце генератора электрических импульсов с использованием тиристора Д235Г (при питании его от источника внешнего напряжения 127 В, 50 Г) получена частота импульсов свыше 5000 Г.

На фиг. 4 показана схема генератора импульсов, в которой в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использован искродуговой промежуток и которая дополнительно. содержит вторичные обмотки 17 и 18, промежуточный потребитель энергии, например конденсатор 19, искродуговой промежуток 20.

Принцип действия этого варианта генератора импульсов аналогичен изображенному на фиг. 1. В данном случае используются эрозионные свойства искродугового промежутка, при которых

951658 происходят разрушения материала ано да униполярными импульсами. Особенности данной. схемы состоят в том, что обмотка подмагничивания в ней совмещена со вторичными обмотками, а нагрузка вторичной обмотки и дополнительный конденсатор совмещены с конденсатором — промежуточным потребителем электроэнергии. В качестве промежуточного потребителя элек- 1о троэнергии может использоваться не только конденсатор, но также резистор или дроссель, или любая их комбинация. Это обеспечивает возможность регулирования формы импульса тока, проходящего через искродуговой промежуток. Уставка срабатывания искродугового промежутка регулируется изменением параметров самого искродугового промежутка. В опытном образце генератора электрических импульсов по схеме фиг. 4 отмечены незначительная эрозия катодного электрода (инструмента), при этом ток короткого замыкания меньше рабочего тока, а напряжение холостого хода близко к удвоенному значению ампли" туды входного питающего напряжения.

На фиг. 5 показана схема генератора импульсов, в которой, в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением, использована люминесцентная лампа 21. Число ламп произвольно и определяется параметрами ламп и параметрами питающей сети.

В этом варианте использована одна мостовая схема и один трансформатор с воздушным сердечником. Четное число первичных обмоток (равное 2) и вторичная обмотка содержат по одному витку. Индуктивность вторичной обмотки увеличена за счет включения в ее цепь дросселя 22. Роль промежуточного потребителя энергии выполняет сама люминесцентная лампа. Принцип работы схемы генератора импульсов по схеме фиг. 5 по своему существу аналогичен принципу работы вышеописанных схем по фиг. 1 и 4.

Наличие токопроводящей полосы 23

50 обеспечивает поперечное воздействие на дуговой разряд. Таким образом, при наличии гродольного и поперечного воздействия на дуговой разряд во вторичной цепи моста возбуждаются колебания, характерные для автоколе55 бательной системы с переменными параметрами (параметрические автоколебания).

В схеме генератора импульсов с использованием люминесцемтной лампы (см. фиг. 5) прямой ход колебаний тока совершается через лампу, а обратный ход колебаний — через опорный диод 24 и диоды моста, т.е. лампе предоставляется возможность восстановить свою поляризованную структуру без обратного ее зажигания, а это в точности соответствует механизму прямого и обратного хода колебаний высокой частоты в ранее описанных вариантах. В работе схемы с люминесцентной лампой проявляются такие особенности: в лампе самопроизвольно формируется внутренняя токопроводящая полоса из мелких разобщенных капелек ртути, оседающих на внутренней стороне стекла лампы под наружной токопроводящей полосой.

Это формирует электрическую емкость, необходимую для четкого возбуждения и непрерывного действия высокочастотных релаксационных колебаний на;пряжения на лампе; возбуждаемые высокочастотные релаксационные колебания в зоне анода лампы передаются всей лампе и обеспечивают пуск лампы с использованием тлеющего разряда; наличие высокочастотных релаксационных колебаний в зоне анода лампы обеспечивает устранение влияния катафореза люминесцентных ламп при их питании от источника тока постоянного направления. Периодической переполюсовки лампы при этом не требуется.

Таким образом, во всех приведенных образцах генератора электрических импульсов происходит один и тот же характер возбуждения высокочастотных релаксационных колебаний (автоколебательная система с параметрическим возбуждением). При прямом ходе колебаний происходит лавинообразное разрушение электростатической поляризационной структуры элементы с отрицательным динамическим сопротивлением при одновременной перестройке колебательного контура (конденсаторы моста и первичные обмотки трансформатора переключаются на последовательную работу). При обратном ходе колебаний в составе колебательного контура заменяется элемент с отрицательным динамическим сопротивлением на элемент, не имеющий отрицательного динамического сопротивления. Элемент с отрицательным динамическим сапро25

Формула изобретения

11 9516 тивлением шунтируется диодами и восстанавливает свою поляризационную структуру. Далее происходит повторное переключение конденсаторов и обмоток моста сначала на параллельную работу, а затем на раздельную работу.

Вторичная цепь при этом не изменяет своего состава. При разрушении электростатической поляризации освобождается энергия, которая переходит в 1О энергию магнитной поляризации и (при очередном действии внешнего источника) энергия поляризации сердечников используется для накопления энергии в конденсаторе. Это создает условия 5 многократного преобразования энергии по замкнутому контуру схемы в первичных цепях генератора импульсов так, что устойчивым состояниям незас тухающих релаксационных колебаний щ0 соответствует определенный потенциальный уровень.

При сохранении неизменного значения полной энергии наличие многократного использования энергии в ее кинетической форме приводит к тому, что потенциальная энергия сис,темы повышается. Поэтому высокочастотные колебания тока и напряже" ния (энергии) во всех схемах как в первичной, так и во вторичных цепях совершаются на определенном потенциальном уровне. Это создает условия для повышения КПД. Характер импульсов колебаний у генератора электрических импульсов зависит от многих переменных и постоянных параметров схемы, что расширяет возможности его использования.

12 саторы и первичные обмотки трансформаторов, общая точка которых соединена с другим выводом источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения частоты следования импульсов, параллельно диодам смежных плеч моста включен элемент с отрицательным динамическим сопротивлением.

2. Генератор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использован тиристор, блок управления которым, а также последовательно соединенные нагрузка, вторичная обмотка трансформатора и дополнительный конденсатор подключены параллельно диодам смежных плеч моста, обмотка подмагничивания трансформатора подключе на к промежуточному потребителю энергии.

3. Генератор по и. 1, о т л и -" и а ю шийся тем, что в качестве элемента с отрицательным динамииеским сопротивлением использован

Искродуговой промежуток, параллельно которому включены последовательно соединенные вторичная обмотка трансформатора и промежуточный потребитель энергии.

4. Генератор по и. 1, о т л ич а ю щ и й- с я тем, что в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использована люминесцентная лампа с токопроводящой полосой, в цепь люминесцентной лампы включены вторичная обмотка трансформатора и дроссель, токопроводящая полоса соединена с общей точкой конденсаторов моста, параллельно лампе, последовательно с ее электродами, включен опорный диод.

1. Генератор импульсов, содержащий по крайней мере, один электрический мост, в двух смежных плечах которого включены дибды, общая точка диодов подключена к одному выводу источника питания, а в двух других смежных плечах моста включены последовательно соединенные конденИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 287110, кл. Н 03 K 3/352, 1969

2. Авторское свидетельство СССР и 47945, кл. H 02 M 5/16, 1972

{прототип).

951658

Составитель И. Белякова

Редактор М. Келемеш Техред А. Ач Корректор Ю. Макаренко

Заказ 5971/73 Тираж 959 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Фи и ал 11Г1П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, Ф