Генератор импульсного напряжения

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в радиопередающих и преобразовательных устройствах.Цель изобретения - повышение стабильности выходного напряжения.На фиг. 1 приведена структурная схема генератора; на фиг, 2 - временные диаграммы. 10Генератор содержит последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор 1., первый фильтр 2 нижних частот и двухтактный ключевой генератор 3, а также весовой сумматор 4, 15 второй фильтр 5 нижних частот, диод- но-реэистивный сумматор 6, входную шину 7, первую и вторую выходные шины 8, 9, соединенные соответственно с первым и вторым выходами двухтактно п го ключевого генератора 3 и соответственно с первым и вторым диодными входами диодно-реэистивного сумматора 6, резистивный вход которого соединен с выходом первого фильтра 2, а 25 выход в . с входом второго фильтра 5, Входная шина 7 соединена с первым входом весового сумматора 4, второй вход которого соединен с выходом второго фильтра 5, а выход - с входом широтно-импульсного модулятора 1, вход обратной связи которого соединен с выходом первого фильтра 2, Двухтактный ключевой генератор 3 содержит задающий генератор 10,прямой и инверс-З 5 ный выходы которого соединены с базами первого и второго транзисторов 11, 12 соответственно, змиттеры которых соединены с общей шиной, а коллекторы являются соответственно первым и вто рым выкодами двухтактного ключевого генератора 3 и соединены с крайними выводами первичной обмотки трнасформатора 13, средний. вывод которой является входом двухтактного ключевого 45 генератора 3. Весовой сумматор 4 содержит, с первого по третий резисторы 14 - 16, первые выводы которых объединены и образуют выход. весового сумматора 4, вторые выводы первого и второго резисторов 14, 15 являются соответственно первым и вторым входами весового сумматора 4, а второй вывод третьего55 резистора 16 соединен с .общей шиной.Диодно-резистивный сумматор 6 содержит первый и второй резисторы 17, 18, первый и второй диоды 19, 20, катоды которых являются первым и вторымдиодными входами диодно-резистивногосумматора 6, а аноды объединены с первыми выводами первого и второго резисторов 17, 18 и образуют выход диодно-резистивного сумматора 6, реэисторным входом которого является второй вывод первого резистора 17, а второй вывод второго резистора 18 соединен с общей шиной.Широтно-импульсный модулятор 1предназначен для формирования мощныхимпульсов напряжения, относительнаядлительность которых пропорциональнавходному сигналу (с учетом сигналаобратной связи). Он может содержатьгенератор пилообразного напряжения,выход которого подключен к первомувходу компаратора, на второй вход которого подается входной сигнал (завычетом сигнала обратной связи). Выходной сигнал компаратора усиливаетсяключевым усилителем до требуемогоуровня мощности.В широтно-импульсном модулятореможет быть применена внутренняя обратная связь для стабилизации его характеристик, такая обратная связь можетбыть достаточно глубокой (до. 20 дБи более),Первый фильтр 2 служит для выделения полезных .низкочастотных составляющих из импульсного сигнала с широтно-импульсной модуляцией и, как правило, содержит одно или два ЬС-звена,Второй фильтр 5 служит для сглаживания напряжения с выхода сумматора6, имеющего короткие выбросы либо"проколы" в моменты переключениядвухтактного ключевого генератора 3.Этот фильтр 5 может . быть выполнен наКС- или ЬС-звене с частотой среза,в 10 - 100 раз превышающей частотупереключения двухтактного ключевогогенератора 3,Устройство работает следующим образом.Пусть на входную шину 7 подаетсянапряжение Н (Фиг, 2 а), тогда на выходе весового сумматора 4 образуетсянапряжение 04=ЯК +05 К, где К, иК - коэффициенты передачи сумматора14 по первому и второму входам соответственно; 05 - напряжение на второмвходе весового сумматора 4 (с выходавторого Фильтра 5). На выходе широтно-импульсного модулятора 1 формируется импульсный сигнал 01 (фиг. 26)6457 6 5 10 5 20 25 30 35 40 45 50 5 159длительность й импульсов которогопропорциональна сигналу И 4 на входеширотно-импульсного модулятораС/ТК И 4, где Т - период следованйя импульсов; К - коэффициент передачи модулятора 1 (с учетом обратнойсвязи свыхода первого фильтра 2).Фильтр 2 выделяет из импульсной последовательности постоянную (низкочастотную) составляющую напряженияИ 2=Ей/Т (фиг. 2 в), где Е - амплитуда имйульсов И 1. Напряжение И 2 поступает на вход (шину питания) двухтактного ключевого генератора 3. Приэтом за счет обратной связи с выходапервого Фильтра 2 (даже сравнительнонебольшой глубины: 6 - 8 дБ) и наличия внутренней обратной связи в широтно-импульсном модуляторе 1 (которая может быть достаточно глубокой)напряжение на выходе первого фильтра2 с высокой точностью повторяет (скоэффициентом пропорциональности К )входное напряжение И 4 широтно-импульсного модулятора 1, т.е. И 2= К,И 4,На выходе двухтактного ключевогогенератора 3 Формируется двухполярноеимпульсное напряжение заданной частоты, амплитуда которого в идеальномслучае ранна напряжению И 2 на выходепервого Фильтра 2, Под амплитудой имеимеется в виду половина размаха напряжения на обмотке трансформатора .13,За счет существования не равного нулю остаточного напряжения Ина ключевых элементах двухтактного ключевого генератора 3 (зависящего от егосопротивления нагрузки, в общем случае нелинейно) амплитуда его выходного напряжения ИЗ=И 2-И,(Фиг . 2 г,д) .В реальных устройствах величина Ипри изменении сопротивления нагрузкиот холостого хода до номинального может составлять до 10 - 30% И 2 (приизменении И 2 от 0,3 до 0,9 Е). В устройствах, работающих на частотах вышенескольких сотен килогерц,в двухтактных ключевых генераторах 3 используется только ненасыщенный режим работытранзисторов, характеризующийся ещеболее высоким падением на них напряжения, что приводит к еще большемуИ , Таким образом, амплитуда выходного сигнала ИЗ зависит от И , НапОстряжения на первом и втором вьиодахдвухтактного ключевого генератора 3противофазны и принимают значения либо И либо 2 И 2-И,. Зти сигналы поступают на диодные входы диодно-резистивного сумматора 6. На его резистивный вход подается напряжение И 2, которое с помощью делителя на резисторах 17, 18 образует на выходе диод- но-резистивного сумматора 6 напряжение, превьппающее наибольшее И (при отключенных его диодных входах либо запертых транзисторах 11 и 12), При работе устройства напряжение на одном из выходов (относительно общей шины) двухтактного ключевого генератора 3 всегда (за исключением длительности фронтов) принимает значение И в результате чего напряжение И 6 на выходе диодно-резистивного сумматора также принимает значение И, (за исключением длительности Фронтов), т,к, передается на выход диодно-резистивного сумматора 6 через один из диодов 19 или 20, При работе устройства на повьппенных частотах, когда длительность этапов переключений становится соизмеримой с периодом переключений (составляет единицы процента периода переключений), во время этих этапов переключений оба диода пиодно-резистивного сумматора 6 закрыты и напряжение на еГо выходе определяется делителем на резисторах 17 и 18, Это вызывает короткие импульсы на фоне И в напряжении И 6 (Фиг 2 е). Для исключения влияния этих выбросов на работу широтно-импульсного модулятора сигнал с вьг;.ода диодно-реэистивного сумматора 6 поступает через второй Фильтр, сглаживающий напряжение И 6 (Фиг. 2 т). Частота среза этого Фильтра выбирается существенно большей как рабочей частоты двухтактного ключевого генератора 3, так и частоты переключений широтно-импульсного модулятора 1, и обычно должна составлять сонигерц - единицы мегагерц.Далее сглаженный сигнал И 5=И, суммируется с требуемым весом (К,) свходным сигналом И, чем увеличиваетсясигнал И 4 на входе широтно-импульсного модулятора 1 на величину, необходимую для компенсации остаточного напряжения И , следовательно, обеспечивается стабилизация уровня выходногосигнала устройства независимо .от величины ИУсловие полной компенсации И с - может быть определено из следуюцих соотношений:с 02-КЦ 4-К(и К, +Е, К,);ЕЗ-Ц 2-О,.Следовательно, для того чтобы 03 не зависело от 0,: необходимо, чтобы в выражении03 КК О+Кш Кт 1 всл пост выполнялось равенство КК, = 1,тогда выходное напряжение определяется только входным сигналом: УЗ=К щ К х к 0 . Нарушение этого условия приведет к уменьшению качества компенсации 0 и ухудшению стабилизации выходного напряжения устройства, 15Важно отметить, что достижение положительного эффекта в устройстве обеспечивается введением только пассивных маломощных элементов без изменения его силовой части, что делает незначительными дополнительные затраты при реализации изобретения. Формула из обр ет енияГенератор импульсного напряжения,содержащий последовательно соединенные шнротно-импульсный модулятор,первый фильтр нижних частот и двухтактный ключевой генератор, первый ивторой выходы которого соединены соответственно с первой и второй выходными шинами, причем выход первогофильтра нижних частот соединен с входом обратной связи широтно-импульсного модулятора, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повышения стабильности выходного напряжения, внего введены последовательно соединенные диодно-резистивный сумматор,второй фильтр нижних частот и весовой сумматор, первый вход которого, соединен с входной шиной, а выход соединен с входом широтно-импульсногомодулятора, причем первый и второйдиодные входы диодно-резистивногосумматора соединены соответственно спервым и вторым выходами двухтактногоключевого генератора, а резистивныйвход диодно-резистивного сумматора соединен с входом двухтактного ключевого генератора,