Транзисторный формирователь импульсов с частотным заполнением для управления тиристорами

Г,6 АТЕЬ,.библиоте а 1;н 1,664266 Союз Советскнх Соцнмнстнческнх 1 веспубпнк(22) Заявлено 221176 (21) 2421345/24-07с присоединением заявки Ио Н 02 М 1/08 Государственный комитет.,СССР но делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Ю,П. Гончаров, В,И. Кривошея, Н,В, Панасенко, Е.И. Беркович, А.И, Гладков и А. П, Мотыль р 1)харьковский ордена ленина политехнический институтЗаявительимени В, И, Ленина(54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ С ЧАСТОТНЫМ,ЗАПОЛНЕНИЕМ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРАМИУстройство относится к преобразовательной полупроводниковой технике и может быть использовано для управления тиристорами,Известны транзисторные формирбзатели импульсов, выполненные на базе генератора Ройера с переключающйм конденсатором в цепи обратной связи и трансформаторным выходом (1. Недостатками формирователей являются малые регулировочные возможйасти схемы, не" достаточная крутизна фронта выуодного импульса, особенно при работе на кабельно-трансформаторную систем 1 15 распределения импульсов; низкая помехоустойчивость со стороны входа; спад тока на выходе запаздывает относительно спада входного тока,что требует в ряде. случаев применения специальных задержек во входных частяхсистемы управления.Эти недостатки приводят к аварийным режимам работы тиристорного Преобразователя.Наиболее близхим техническим решением к изобретению является транзисторный формирователь импульсов с частотным заполнением, содержащий мульти- вибратор с переключающим конденсато ром в цепи обратной связи с трансформаторным выходом и разделительньмтрансформатором обратной связи, первичная обмотка которого через переключающий конденсатор подключена к обмотке обратной связй"выходного трансформатора, а вторичная обмотка среднейточкой соединена с источником входного сигнала и крайними точками - черездиоды с базами транзисторов мультивибратора, а база каждого транзисторасоедийена сколлектором через стабилитрон (2,Недостатком известного устройстваявляются низкая помехоустойчивость,недостаточйая крутизна Фронта выходного иьятульса,Целью изобретения является улучшение параметров формируемых импульсов,повышение помехоустойчивости и получение стабильной .амплитуды выходныхимпульсовДля этогоизвестный транзисторныйформирователь импульсов с частотнымзаполнением дополнительно снабжен нелинейным Форсирующим,дросселем, выполненным на двух кольцевых сердечниках, один иэ которых имеет высокую,а второй низкую магнитную проницаемость, причем один конец дросселя свя".4266 4 3 66эан со средней точкой первичной обмотки выходного трансформатора, а второй конец - с выводом для подключенияк источнику питания,Кроме того, в формирователе в цепьпитания мультивибратора включен трансформатор тока, нагрузка которого вклю чена между базой одного из транзис-,торов через диод и выводом для подключения к источнику питания.Кроме того, в формирователе в цепьпитания мультивибратора включенЮтрансформатор тока, нагрузка которогавключена между базой одного из транзисторов через диод и выводом дляподключения к источнику питания.15На фиг, 1 представлен предлагаемыйтранзисторный Формировательуна Фиг.2и 3 - диаграммы, поясняющие его работу.Мультивибратор содержит транзисторы 1 и 2, запираемые от источника 3смещения через сопротивления 4 и 5,выходной трансформатор 6, Трансформатор 7 обратной связи первичной обмоткой 8 подключен через переключающийконденсатор 9 к обмотке обратной связи 10 выходного трансформатора.Вторичная обмотка трансформатораобратной связи средней точкой соединена с источником входного сиГнала 11,выполненным в виде транзистора. Крайние точки вторичной обмотки соединены с базами транзисторов через, диоды12 и 13, Базы транзисторов мультивибратора соединены с коллекторами черезстабилитроны 14 и 15. В цепь питания 35мультивибратора включен нелинейныйдроссель 16 и трансформатор 17 тока,Нагрузка трансформатора 18 тока включена между полюсом источника питанияи базой одного.из транзисторов через 40диод 19, Питается мультивибратор отисточника 20 постоянного напряжения.Устройство работает следующим образом.Пока ток обратной связи отсутствует, оба транзистора заперты и напряжение на выходе отсутствует. При подаче входного тока схема начинает генерировать колебания прямоугольной формы, продолжающиеся до той поры, покавходной ток протекает. Рассмотримкак это происходит,Пусть входной ток поступил в момент 1 = 0 (фиг, 2). Этот ток черезотпирающиеся диоды 12 и 13 поступаетв базы обоих транзисторов, но благода ря наличию положительной обратнойсвязи, как и в других мультивибраторах, включается только один, Действительно, пусть в силу, неодинаковоститранзисторов коллекторный ток тран-60зистора 1 несколько больше. Тогда намагничивающие силы, создаваемые коллекторными токами транзисторов в половинах первичной обмотки выходноготрансформатора б будут неодинаковы иФ под воздействием разностной н.с, наобмотках трансформатора,б возникаетЭДС самоиндукции, полярность которойуказана на Фиг. 1 без скобок. Черезконденсатор 9, который в исходный момент времени разряжен, напряжение собмотки 10 передается на трансформаор 7 обратной связи, Напряжение втоичной обмотки трансформатора 7, действуя в контуре 21, 12, 1, 2, 13, увеличивает ток базы 1 и уменьшает токбазы 2, что усиливает неодинаковостьколлекторных токов Это приводит кдальнейшему нарастанию ЭДС самоиндукции, т,е. процесс развивается лавинообразно, приводя к включению транзистора 1 и выключению транзистора 2,После окончания лавинообразного процесса входной ток протекает только вправой половине вторичной обмоткитрансформатора обратной связи и в базе 1, так как диод 13 заперт напряже нием вторичной обмотки, По отношениюк этому току трансформатор 7 действуеткак трансформатор тока, т,е. потечет ток в обмотке 8, Направление этого тока будет соответствовать указанному на фиг, 1, а конденсатор 9 заряжается с полярностью, указанной наФиг. 1, По мере возрастания напряжения О 9 на обкладках конденсатора падает напряжение ц на первичной обмотке8, поскольку оно равно разности напряжений на обмотке 10 трансформатора би на обкладках конденСатора. Как только напряжение 1) станет больше По(момент на фйг. 2), напряжение наобмотках трансформатора 7 меняет знаки по контуру 21, 13, 2, 1, 12 происходит эапирание транзистора 1 и отпирание транзистора 2. Иэ-за наличия положительнойобратной связи процесс переключения транзисторов носит лавинообразный характер,После того как напряжение на конденсаторе измененной полярности достигнет величины напряжения на обмотке 10, произойдет новое переключениетранзисторов, Продолжительность полупериода выходного напряжения равна,. аким образом, времени переразрядаконденсатора.Генерация прямоугольного напряжения продолжается до той поры, покапротекает входной ток. При его исчезновении (момент времени 2 на Фиг, 2)прекращается протекание тока в базахтранзисторов, оба транзистора выключаются и генерация колебаний прекращается, Выходное напряжение, такимобразом, моделируется входным сигна"лом.На фиг, 3 представлены диаграмвы, поясняющие работу схемы с элементами форсировки. Для осуществленияФорсировки необходима задержка колебаний. Для этого дроссель 16 следуетвыполнять на двух кьльцевых сердечни-ках, из которых один имеет высокую,а второй - низкую магнитную проницае664266 мость, В частности, первичный сердечник может быть ферритовым, а второйальсиферовым, обмотка наматывается на два сердечника одновременно.Тогда при подаче входного тока маг,нитный поток вначале нарастает только в первом сердечнике и ток 12 будет 5 мал, поскольку проницаемость сердечника велика, После насыщения первогосердечника начинает нарастать поток во втором сердечнике и ток в обмоткетаким же образом,как и При линейном дросселе.Начальная часть кривой тока12 о изображена на фиг. Зб (1 у - ступеньмалого тока), Условие отсутствия генерации в интервале ,:)52 О И 7 Мгде К- коэффициент трансформациитрансформатора 7 обратнойсвязи;К - коэффициент трансформации вы1 Оходного трансформатора относительно обмотки, обратнойсвязиВ течение интервала 1 входной ток делится пополам мЕжду двумя базами и оба транзистора включены, Роль делителя выпоЛняет вторичная обмотка 7. Выводы первичной обмотки выХодного трансформатора 6 соединены между собой накоротко через включенные тран- зисторы, поэтому выходное напряжение равно нулю, Поскольку на первичной обмотке трансформатора 6 и транзисторах нет напряжения, то все напряжение питания у приложено к форсирующему дросселю 16 (цепь 20, 16, 22, 1). Ток2 о35 в обмотке дросселя нарастает (фиг, Зб) и в магнитном поле сердечника накап.ливается энергия. Эта энергия и используется в дальнейшем для форсировки, 40В коллекторной цепи каждого тран. зистора протекает в интервале задержки 1 половина тока 12 , при этом роль делителя тока выполняет первичЪная обмотк а трансформатора 6 . По сколь ку токи в коллекторах непрерывно. на- растают,то наступит момент, когда для одного из транзисторов перестанет выполняться условие насыщения ЯЕ (момент Ь на фиг. 3) . Этот транзистор (пусть это будет 1) выходит из насыщения, между его коллектором н базой появляется напряжение, которое вследствие действия положительной обратной связи быстро нарастает, Когда55 оно достигает напряжения стабилизации 1) стабилитрона 14, стабилитрон вступает в действие и дальнейшее нарастание напряжения между коллектором и базой прекращается. Остается неизменным напряжение между коллектором и 60 эмиттером з Т ,-, а также напряжение на первйчной обмотке трансформатора б, которое равно Оэ 4, поскольку второй транзистор 2 включен (полярность указана на фиг, 1 в,скобках) 6После того как Выходной ток достигнетвеличины причедейного тоКа питания(момент 1 на фиг, Зв), ток20 Околлектора 1 спадает к нулю и напряжение на коллекторе останется равным2020 до момента переключения транэис-.торой 14. Переключение, как и ранее,происходит при достижении равенстванапряжений на конденсаторе 9 и обмотке 10 выходного трансформатора. Напряжение на выключающемся транзисторе В момент 14 будет подниматься до величины (1 , ускоряя тем самым изменение полярности выходноготока.Необходимая для формировки энергияпоставляется дросселем 16,Дроссель,препятствуя спаду тока 12 о при выключении любого из транзисторов, создает ЭДС самоиндукции, складывающуюсяс напряжением питания 1)2 о и обеспечивающую йовышение напряжения натранзисторе и обмотках трансформатора 6,В начальный момент генераций энергия, накопленная в дрбсселе, достаточна для поддержания повышенного напряжения на время всего импульса заполнения, Тем самым достигается форсировка амплитуды управляющего импульсатока 1.В интервале задержки 1 (фиг, 3)ток коллектора каждого из двух транзисторов равен половине тока 420(фиг, Зб) и нарастает плавно. Чтобывыполнить условие насыщения транзисторов ( Р 11 ), достаточно посылатьв базу линейно нарастающий ток (пунктир на фиг, За), Следовательно, продолжительность переднего фронта входного импульса может быть допущенаравной 1, т,е, требования к крутизнефронта сйижены,Для устранения нестабильности вцепь питания включен трансформатор 17тока с нагрузкой 18, Этот трансформатор работает только в переходном режиме, т,е, передает сигнал в моментнарастания суммарного кбллекторноготока, Как только падение напряженияна нагрузке трансформатора 10 токапревысит напряжение источника питания,откроется днод 19 в базовой цепи транзистора 1 и пбтечет ток, который дастначало процессугенерации,Использование новых элементов -нелинейного дросселя в цепи питания ицепи стабилизации амплитуды выходногоимпульса тока позволяют повысить крутизну переднего фронта импульса уп"равленйя, обеспечить помехоустойчи,вость схемы со стороны, входа и получать стабильную амплитуду выходныхимпульсов. формула изобретения1. Транзисторный формирователь импульсов с частотным заполнением дляуправления тиристорами, содержащиймультивибратор с переключающим конденсатором в цепи обратной связи, странсформаторным выходом и разделительным трансформатором обратной связи, первичная обмотка которого черезпереключающий конденсатор подключена 5к обмотке обратной связи выходноготрансформатора, а вторичная обмоткасредней точкой соединена с источником входного сигнала и крайними точками - через диоды с базами транзисто- Юров мультивибратора, а база каждоготранзистора соединена с коллекторомчерез стабилитрон, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью улучше-,ния параметров формируемых импульсов ци повышения помехоустойчивости, он,дополнительно снабжен нелинейным фор-.сирующим дросселем, выполненным надвух кольцевых сердечниках, из которых один имеет высокую,:а второйнизкую магйитную проницаемость, причем один конец дросселя связан сосредней точкой первичной обмотки выходного трансформатора, а второй конец - с выводом для подключения к источнику питания.2, Формирователь по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюполучения стабильной амплйтуды выходных импульсов, в цепь питания мультивибратора включен трансформатор тока,нагрузка которого включена между базой одного из транзисторОв через диоди выводом для подключения к источнику питания,Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1, Калашников Б. Е. и др , Системыуправления автономными инвесторами,М., Энергия, 1974, с. 44, .72.2. Моин В. и Лаптев Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи,М., Энергия, 1972, с. 389,рис. 10-7.664266 3013/52 . Тираж 856 " . :"- Подписное ЦНИИПИ осударственного комйтета СССР по делам иэобретений и открйтйй 113035 Москва ЖРа" ская наб , 4 5Заказ ПППатент , г. Ужгород,ул". Проектйая ФнлСоставитель б. НаказнаяРедакто Ю. Чемокайов Тех ед О,Ан ейко,Ко екто ,Н.Стец