Импульсный модулятор

Жл 1мчОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 261278 (21) 2702824/18-21с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетОпубликовано 230980 Бюллетень М 35 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088,8) Дата опубликования описания 230980(54) ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР 2 Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение преимущественно в импульсных передатчиках СВЧ для радиолокации и в установ ках для ускорения заряженных частиц. Известен импульсный модулятор, содержаший источник постоянного напряжения, зарядный конденсатор, повышающий трансформатор, параллельно вто ричной обмотке которого подключены коммутирующий элемент, линия формирования и нагрузка, генератор пусковых импульсов, подмодулятор и элемент задержки, включенный между генеРатоРом 15 запускающих импульсов и подмодулятором, причем к выводам первичной обмотки повышающего трансформатора подключены тиристоры,управляющие электроды которых соединены с генератором 20 управляющих импульсов, вход запуска которого соединен с генератором пусковых импульсов,при этом анод одного тиристора подключен к положительному полюсу источника питания,а катод друф гого - к его отрицательному полюсу, причем зарядный конденсатор образован яз двух последовательно соединенных конденсаторов, каждый из которых включен между средней точкой первичной З 0 обмотки повышающего трансформатора ивыводами источника питания 11.Недостаток известного импульсногомодулятора заключается в низкой стабйльности амплитуды выходных импульсов.Известен также импульсный модулятор, содержащий зарядный трансформатор, первичная обмотка которого и дополнительная через диод подключены кисточнику питания, а вторичная черезпоследовательно соединенные зарядныедиод и дроссель к входу линии. формирования, включенной параллельно вторичной обмотке зарядного трансформатора, последовательно соединенные нагрузку с коммутирующим элементом,подключенные параллельно линии формирования, ключевой элемент, включенныймежду первичной обмоткой и общей шиной и диод, подключенный катодом квходу зарядного дросселя, а анодом -к общей шине 21,Недостатком этого модулятора такжеявляется низкая стабильность амплитуды выходных импульсов,Цель изобретения - повышение стабильности амплитуды выходных импульсов.Поставленная цель достигается темчто в импульсный модулятор, содержащий зарядный трансформатор, первичная обмотка которого непосредственно и дополнительная через диод подключены первыми выводами к источнику питания5 а параллельно вторичной обмотке подключены последовательно соединенные снарядные диод и дроссель, линия формирования, нагрузка и коммутирующий элемент, а также ключевой транзистор, включенный между вторым выводом первичной обмотки и общей шиной, и диод, подключенный катодом к входу зарядного дросселя, а анодом - к общей шине, введены делитель напряжения, подключенный параллельно источнику 15 питания, последовательно соединенные перемножитель напряжений, интегрирующая цепь и элемент сравнения, а также инвертирующий усилитель, состоящий из транзистора и нагрузочного резис О тора, соединенных с источником постоянного напряЖения, и подключенный входом к выходу элемента сравнения, днухполупериодный выпрямитель, пороговый элемент, элемент задержки, вклю ченный между управляющим электродом коммутирующего элемента и анодом разделительного диода, а зарядный дроссель снабжен двумя дополнительными обмотками, причем первая из них подключена к входам перемножителя напряжений и первым выводом - к выходу делителя напряжения, а вторая - к одной из диагоналей двухполупериодного выпрямителя, подключенного другой диагональю к выходу инвертирующего усилителя и входу порогового элемента, выход которого соединен с управляющим входом ключевого транзистора и катодом разделительного диода.а фиг, 1 показана функциональная 40 схема импульсного модулятора; на фиг 2 - эпюры напряжении на элементах схемы.Импульсный модулятор содержит зарядный трансформатор 1, первичная 45 обмотка 2 которого через ключевой транзистор 3 присоединена к выходу внешнего источника питания постоянного тока с напряжением Ео. Дополнительная обмотка 4 трансформатора 1 под О ключена к тому же источнику через диод 5. Ко вторичной обмотке 6 заряд- ного трансформатора 1 подключены соединенные последовательно зарядный диод 7, зарядный дроссель 8 и линия формирования 9. Последняя зашунтирована соединенными последовательно разрядным коммутирующим элементом 10 (например, тиристором) и нагрузкой 11. Объединенный вывод зарядного диода 7 и дросселя 8 подключен к общей шине 60 через диод 12.Кроме того, в модулятор дополнительно введены делитель напряжения 13, шунтирующий выход внешнего источника питания, перемножитель напряжений 14, 65 интегрирующая цель 15 (например, ВСЦепь), элемент сравнения 16, а также инвертирующий усилитель 17 в составе транзистора 18, источника постоянного напряжения 19 и нагрузочного резистора 20, днухполупериодный выпрямитель 21, пороговый элемент 22 (например, триггер Шмидта), элемент задержки 23 и разделительный диод 24. Зарядный дроссель 8 снабжен двумя дополнительными обмотками 25 и 26. Элементы 13- 26 в совокупности представляют собой устройство управления.Первый вход перемножителя 14 соединен с делителем напряжения 13 и с первой дополнительной обмоткой 25 зарядного дросселя 8, к другому концу которой подключен второй вход пере- множителя 14. Обмотка 25 включена согласно по отношению к основной обмотке дросселя 8. К выходу перемножителя 14 через соединенные последовательно интегрирующую цепь 15 и устройство сравнения 16 подключен вход инвертирующего усилителя 17. Его выход (резистор 20) соединен с минусом двухполупериодного выпрямителя 21, плюсоной выход которого соединен с входом порогового элемента 22. Выход последнего соединен с базой ключевого транзистора 3. Вход выпрямителя 21 подключен к второй дополнительной обмотке 26 .дросселя 8.Управляющий электрод коммутирующего элемента 10 подключен через соединенные последовательно элемент задержки 23 и разделительный диод 24 к базе ключевого транзистора 3.Импульсный модулятор работает следующим образом.При подаче импульса запуска через элемент задержки 23 и разделительный диод 24 от внешнего источника на баРзу ключевого транзистора 3 через обмотки 2 и 6 зарядного трансформатора 1, зарядный диод 7 и зарядный дроссель 8 начинается протекание тока аряда Зз линии формирования 9. Задержка д = Р /Я, создаваемая элементом задержки 23, выбирается не мень-, шей, чем время выключения коммутирующего элемента 10, Этим предотвращается возможность егО повторного включе". ния во время следующего цикла заряда л.:нии формирователя 9.Одновременно на зарядном.дросселе 8 появляется напряжение . О ь (см. фиг. 2 а):04 (С) зн -ЕСОР й С, (3 ) где с., . РезонанснаяЬл частота зарядной цепи,и СА3соответственно индуктив" ность зарядного дросселя 8 и емкость линииформирования 9.(При этом предполагается что потерив зарядной цепи пренебрежимо малы,а начальные условия в реактивностяхсхемы нулевые). Положительное напряжение О (см. фиг 2,в) от выхода(см. фиг. 2,с) поступает на вход порогового элемента 22. НапРяженке 01на его выходе имеет вид пары прямоугольных положительных импульсов (смфиг. 2,д). Первый из этих импульсов, 15имеющий длительность с/й,поступает на базу ключевого транзистора 3 и удерживает его в состояниинасыщении. После окончания импульсаключевой транзистор 3 запирается, но дОпротекание тока заряда 1 э не прекращается,так как в этот момент времени с Ф 0 запас энергии Ч ь в магнитномполе сердечника зарядного дросселя 8не равен нулю25ф 1,Ф ь 1 э 2с В ЫИ;Э 1Ток 1 Э будет проДолжать проходитьчерез диод 12 в течение интервала23Запас энергии в магнитном полесердечника трансформатора в моментс 1/Я э запирания ключевого тран. -35зистора 3 также не равен нулю. Этаэнергия возвращается во внешний источник питания через дополнительную обмотку 4 зарядного трансформатора 1и диод 5. 4 ОСпустя некоторое время с +в силу изменения знака напряжения01, вновь появляется напряжение О Р ипоявляется второй импульс От, которыйв течение некоторого интервала времени с о (Я. (в общем случае неравного с) удерживает ключевой транзистор 3 в состоянии насыщения. Заряд линии формирования 9 в течениеинтеРвала вРемени с Ь /Яэ.пРодол Ожается . Момент перехода напряжения01, через нуль смещается на угол у,Результирующая длительность .процесса заряда будет определяться Фазовым углом 1 з сЯ,Напряжение ОА, до которого зарядится линия формированя 9, будет вэтих условиях определяться длительнос-тью с 1 и с э пребывания ключевоготранзистора 3 в состоянии насыщения.Регулировать длительность импульсов 60с и сэ можно путем изменения,напряжения Ео.Стабилизация напряжения 0 и амплитуды импульсов ОКвозможна путемдоддержания постоянства суммарного 65 апаса энергии Ч в реактивностях ;аряцной цепи модулятора+ Ч - сопа 1 (3) где Ч = СО 2,0 - напряжение на линии форми,рования ключевого транзистора 3Если вся энергия Ч 1, будет передана в линию формирования 9, то напряжение на ней станет после этого равным Ос = О, Ч - 0 иСа Ол 2 (4) ОткудаВеличину Ч можно определить (при нулевых начальных условиях в ЕЭ и СА и пренебрежимо малых потерях) с учетом известных соотношений=СЕ Б 1-соь 52 Я =СЕ (1. (7)Информация о величине Ч в виде (7) может быть получена в результате перемножения напряжения Е р и напряжения О= Ео(1-соаЛ с) . Последнее может быть йолученз в результате сложения Е и Оь =-Е саас, При этом веоличина С =сапа с играет роль постоянно масшабного;,оэФфициента, Напряже,ние КЕО, пропорциональное Е, берется от делителя напряжения 13 (1-коэффициент передачи), а напряжение, про порциональное О , получается в результате сложения напряжений МЕо + 10 (коэффициент трансформации первой до-полнительной обмотки 25 выбирается равным 1). После перемножения в пере- множителе напряжений 14 полученная информация о величине Ч через интегрирующую цепь 15 поступает на элемент сравнения 16, где сравнивается с опорным напряжением.Полученный сигнал ошибки положительной полярности усиливается, инвертируется в усилителе 17 и подается уже с отрицательной полярностью с нагрузочного резистора 20 на минусовой выход двухполупериодного выпрямителя 21 (напряжение Е фиг. 2,в).В результате при появлении тенденции к возрастанию Ч, например вследствие увеличения напряжения Ео, напряжение Евозрастает по абсолютной величине, а фазовые углы .и 8 уменьшаются. Вследствие этого Ч 1, иподдерживаются на заданном уровне:Штриховыми линиями на фиг. 2 показана форма напряжений при разомкнутом контуре стабилизации. Формула изобретенияИмпульсный модулятор, содержащий зарядный трансформатор, первичная обмотка которого непосредственно и дополнительная через диод подключены первыми выводами к источнику питания7 а параллельно вторичной обмотке подключены последовательно соединенные зарядные диод и дроссель, линия формирования, нагрузка и коммутирующийэлемент, а также ключевой транэисторвключенный между вторым выводом первичной обмотки и общей шиной, и диод, подключенный катодом к входу зарядного дросселя, а анодом - к общей шине, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения стабильности амплитуды выходных импульсов, в него введены делитель напряжения, подключенный параллельно источнику питания, последовательно соединенные перемножитель напряжений, интегрирующая цепь и элемент сравнения, а также инвертиру.ющий усилитель, состоящий из транзистора и нагруэочного резистора, соединенных с источником постоянного напряжения, и подключенный входом к выходу элемента сравнения, двухполупериодный выпрямитель, пороговый элемент, элемент задержки, включенный между управляющим электродом коммутирующего элемента и анодом .разделительного диода, а зарядный дроссель снабжен двумя дополнительными обмотками, причем первая из них подключена к входам перемножителя напряжений и первым выводом - к выходу делителя напряжения, а вторая - к одной из диагоналей двухполупериодного выпрямителя, подключенного другой диагональю к выходу инвертирующего усили теля и входу порогового элемента, выход которого соединен с управляющим входом ключевого транзистора и катодом разделительного диода. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе.1. Авторское свидетельство СССРМ 467458, кл. Н 03 К 7/02, опублик.15.04.75.25 2. Патент ФРГ М 1279079,кл. 21 а, 36/06, опублик.220569 (прототип).одписн 4/5 6526/52 Тираж 995ВНИИПИ Государственного комитета Спо делам изобретений и открыты 113035, Москва, Ж, Раушская наб илиал ППП 1 Патент", г.ужгород, ул.Проектная,Яс 1Ъфз)