Ключевое генераторное устройство

(5)5 Н 03 К ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ИЗОБРЕТ О ЕТЕЛЬСТВ технике и може ных генератора частоты высоко ющих устройст вокитп. В устройстве в р первого элемен счетного тригг цепи 5, фиксато ляемого ключа 7 щей цепи 8 с потенциала, вт инвертора 11 и на его надежно о р анные транзиМ.: ЭнергоатоО, с. 26-27.НОЕ УСТРОЙмпульсной К АВТОРСКОМ(57) Изобретение относитс т быть использовано в мощх сигналов низкой и высокой эффективных радиопередав, технологических устаноключевом генераторном езультате введения в него та 2 запрета, сумматора 3, ера 4, дифференцирующей ра 6 нулевого уровня, управ, двухвходовой интегрирую- шиной 9 фиксированного орого элемента 10 запрета, автогенератора 12 повышесть. 2 ил.режиме скважность выходных импульсов д таких возбудителей составляет 1,5-4. В слу- в Изобретение относится к импульснойтехнике и предназначено для использования в мощных генераторах сигналов низкойи 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 принципего работы (а - номинальный режим; б -возбудитель неисправен, причем индексынапряжений соответствуют номерам блоков, к выходу котбрых они относятся),Предлагаемое устройство содержит, возбудитель 1, выход которого соединен спервым входом первого элемента 2 запрета,подключенного выходом к первому входусумматора 3, соединенного с входом счетного триггера 4, а также последовательносоединенные.дифференцирующую цепь 5,фиксатор 6 нулевого уровня, управляемыйключ 7 и двухвходовую интегрирующуюцепь 8, первый вход которой подключен кшине 9 фиксированного потенциалавторойэлемент 10 запрета, выход которого соединен с вторым входом сумматора 3, инвертор11, вход которого соединен: выходом двухвходовой интегрирующей цепи 8 и первымвходом второго элемента 10 запрета, второй вход которого соединен с выходом автогенератора 12, причем выход инверторасоединен с вторым входом первого элемента запрета 2, а вход дифференцирующейцепи 5 - с выходом возбудителя 1.Предлагаемое устройство содержиттакже блок 13 согласования, вход которогосоединен с выходом счетного триггера 4,первую шину 14 питания, соединенную спервым выводом питания первого двухтактного ключевого каскада 15, второй выводпитания которого соединен с первым выводом питания второго двухтактного ключевого каскада 16, второй вывод питаниякоторого соединен с второй шиной 17 питания, причем двухтактные ключевые каскады15 и 16 по выходу соединены также последовательно и их выходы подключены к балластному блоку 18.Возбудитель 1 формирует логическийсигнал частоты, равной удвоенной рабочейчастоте ключевого генераторного устройства. Как правило, возбудители диапазонныхустройств содержат опорный кварцевый генератор, генератор плавного диапазона, делители частоты и кольцо фазовойавтоподстройки частоты. В номинальном 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-Н Е. П ри 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 определяемой параметрами ЯС-цепи, реализующей в простейшем случае данную дифференциальную цепь (фиг. 1). В общем случае дифференцирующая цепь 5 может быть формирователем импульсов длительности Ь по фронту каждого входного импульса. Причем при длительности входных импульсов меньше т 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 на его ходе положительного сигнала. Он может 5 10 15 20 30 35 40 45 50 5551015 быть выполнен на основе транзистора либо логического инвертора с открытым коллектором (фиг. 1).Двухвходовая интегрирующая цепь 8 может содержать по каждому входу резистор Р 1 и Р и накопительный конденсатор С (его величина выбирается такой, чтобы пульсации напряжения на нем были малыми и не нарушали устойчивую работу устройства). При этом напряжение Од шины 9 фиксированного потенциала должно заметно (в 2-3 раза) превышать порог Оо срабатывания элемента 10 запрета (с учетом гистерезиса его характеристики), В этом случае среднее напряжение на выходе цепи 8 Ов = ОдР 2 /(Р 2+ Р 1 то/Т),где Т - период следования импульсов возбудителя 1.Тогда выбором напряжения Од и величин резисторов Рг и Р можно обеспечить достижение(уменьшение) Ов порога Оо при 1 о/ТК, т.е. при ТтоК, где К - некий коэффициент, выбираемый совместно с 1 о таким, чтобы при периоде Т следования им. - пульсов возбудителя больше допустимого Ов превышало Оо и элемент 10 запрета был открыт по первому входу (передает импульсы со своего второго входа на выход). Следует отметить, что постоянная времени Р 1 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 20 25 30 35 40 4 Г:0 двухтактного ключевого усилителя с трансформаторными выходами,Двухтактные ключевые каскады 15 и 16 вьнголняются по идентичным схемам и содержат два транзисторных ключа (на УДГ 1 или биполярных транзисторах), включенных по 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 1 б (фиг. 1),Устройство работает следующим образом.При исправном возбудителе 1 (фиг, 2 а) на его выходе формируется сигнал в диапазоне частот от Т 1 до 12 со скважностью, например, от 2 до 3 (это зависит от конкретной схемы возбудителя), Причем, для определенности, пусть 12 =211, 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 Л, и должен быть меньше соК, Тогда ОвОо и, следовательно, элемент 10 запрета закрыт по первому входу и на его 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 входе 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 1 предлагаемое устройство работает на частоте, определяемой возбудителем 1..;и этом, очевидно, обеспечивается выравн:.вание напряжений питания двухтактных .-:лгэчевых каскадов 15 и 16 за счет балласт; ого блока 18.Рассмотрим случаи различных отказов с; 3 будител я 1 .Пусть на выходе возбудителя 1 формируется вместо импульсного сигнала сигнал л гического нуля. Тогда на выходе первого .-"мента запрета 2 присутствует сигнал ло 1676083гической единицы. Управляемый ключ 7 пр; этом все время заперт и Ов =-О 9О, 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 антогенератором 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 = О 9Оо (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 авто- генератора 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 О 1 пониженной частоты Тз Т 1 и (или) с существенно повышенной скважностью (несколько десятков - сотен, см. фиг. 2 б). В этом случае ОвОо, что обеспечивается выбором параметров интегрирующей цепи 8: В 1, В 2 и цепи 5: го, а также выбором О 9 из условия 5 10 20 25 кварцевого генератора и большого количе 30 35 40 50 55 коэффициент а определяет 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 Ов до уровня Оо 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 Ов логической единицы, И, следовательно, аналогично вышеописанному, на О 9В 2 / ( В 2 + В 1 то / Т 1) = Ооа,(2 тоТ 2, 092 Оо), вход триггера 4 поступает сигнал 012 авто- генератора 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..Гагарина, 10 Заказ 3013 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5