Линейный импульсный модулятор

О П И С А Н И Е рц 769727ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских ьокиалимических Республик ,АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ С 61) Дополнительно т. свид(22) Заявлено 06.12.76 (21) 242563 1) М. Кл.зН ОЗК 7/ 1 рисос инеи ем заявки Ле(43) Опубликован сударствениын комите 621.376,53(088,8) 7,10.80, Бюллетень Ме 3ания описания 07,10.80 по делам изобретеии и открытий Дата опублик 72) Автор изобретени Г; Уманск 71) Заявитель МПУЛ ЬСН Ь 1 Й МОДУЛЯ ТО 54) ЛИНЕЙН Изобретение относится к импульсной технике, может быть использовано преимущественно в импульсных передатчиках СВЧ радиолокационных установок, а также для модуляции генераторов СВЧ в линейных 5 ускорителях заряженных частиц.Известен импульсный модулятор, содержащий источник постоянного напряжения, зарядный диод, зарядный дроссель, формирующий двухполюсник, коммутатор, нагруз ку и устройство стабилизации амплитуды выходных импульсов, состоящее из схемы сравнения, источника постоянного опорного напряжения, схсмы импульсно-фазового управления, регулирующего элемента и источ ника управляющего напряжения, выполненного в виде сумматора, первый вход которого соединен через диод с первым выводом дополнительной обмотки зарядного дросселя и через второй встречно включен пый диод - с корпусом, второй вход сум- матора соединен с выходом устройства сброса и через пиковый детектор и эмиттерный повторитель - со вторым выводом дополнительной обмотки зарядного дроссе ля; вход устройства сброса соединен с выходом схемы импульсно-фазового управления 1.Недостля тора 3 0 аток известного импульсного модуаключается в низкой надежности 3 из-за искрений в нагрузке, например, катода магнетрона, если имеет место недостаточно плавное нарастание выходного напряжения после включения источника питания.Известен также импульсный модулятор, содержащий последовательно соединенные источник питания, зашунтированный конденсатором фильтра; зарядный дроссель, состоящий из основной и двух дополнительных обмоток, включенных последовательно и согласно по отношению друг к другу и основной обмотке, причем их объединенные выводы через накопительный конденсатор, а другие через дополнительный и регулирующий тиристоры, подключенные соответственно анодом и катодом, соединены с общей шинои; зарядный диод, линию формирования и цепь нагрузки; разрядный коммутатор, подключенный между входом формирующеи линии и общей шиной; диод, включенный встречно между анодом зарядного диода и общей шинои; пороговый элемент, выход которого подключен к управЛяющему электроду регулирующего тиристора непосредственно, а к управляющему электроду дополнительного тиристора - через цепь задержки, а вход - к выходу делителя напряжения, шунтирующего разрядный коммутатор 12).(1) (2) Где,65 Недостатком этого импульсного модулятора также является низкая надежность в результате резкого нарастания выходного напряжения.Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения плавного нарастания амплитуды выходных импульсов после подключения питания.Г 1 оставлепная цель достигается за счет того, что в линейный импульсный модулятор, содержащий последовательно соединенные источник питания, шунтированный конденсатором фильтра; зарядный дроссель, состоящий из основной и двух дополнительных обмоток, включенных последовательно и согласно по отношению друг к другу и основной обмотке, объединенные выводы которых через накопительный конденсатор, а другие через дополнительный и регулируемый тиристоры, подключенные соответственно анодом и катодом, соединены с общей шиной, зарядный диод, линию формирования и цепь нагрузки, разрядный коммутатор, подключенный между входом формирующей линии и общей шиной; диод, подключенный встречно к выходу зарядного дросселя, пороговый элемент, выход которого подключен к управляющему электроду регулирующего тиристора непосредственно, а к управляющему электроду дополнительного тиристора - через цепь задержки, введены вспомогательная обмотка зарядного дросселя, включенная встречно по отношению к основной и дополнительным обмоткам; два диода и резистор, причем один вывод вспомогательной обмотки подключен к объединенным выводам дополнительных обмоток, а второй вывод через первый диод - к управляющему входу порогового элемента и через второй диод, последовательно соединенный с резистором, - ко входу питания порогового элемента; при этом цепь задержки состоит из элемента задержки, последовательно соединенного с разделительным импульсным трансформатором, а пороговый элемент выполнен в виде релаксационного генератора на двух транзисторах разного типа проводимости и - р - и и р - и - р, коллекторы которых взаимно соединены с базами, а между эмиттерами и общей шиной подключены импульсный трансформатор и времязадающий конденсатор соответственно, причем его вход питания шунтирован конденсатором, параллельно которому подключен стабилитрон.На фиг. 1 показана схема линейного импульсного модулятора; на фиг. 2 показаны эпюры напряжений на элементах схемы.Линейный импульсный модулятор содержит соединенные последовательно источник питания 1, шунтированный конденсатором фильтра 2, основную обмотку 3 зарядного дросселя 4; зарядный диод 5; линию формирования 6 и цепь нагрузки 7 (например,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 магистрон, подключенный через импульсный трансформатор); разрядный коммутатор 8, подключенный между входом формирующей линии и общей шиной; к выходу основной обмотки зарядного дросселя встречно подключен диод 9.Зарядный дроссель снабжен двумя дополнительными обмотками 10 и 11, включенными последовательно и согласно по отношению друг к другу и основной обмотке, причем их крайние выводы через дополнительный 12 и регулируемый 13 тиристоры, а объединенные выводы через накопительный конденсатор 14 - подключены к общей шине. Управляющие электроды дополнительного и регулируемого тиристоров соединены между собой через цепь задержки 15, состоящую из элемента задержки 16 и последовательно соединенного разделительного импульсного трансформатора 17, Вход цепи задержки соединен с выходом порогового элемента 18, выполненного в виде релаксационного генератора на транзисторах 19 и 20 разного типа проводимости (и - р - и и р - и - р) с времязадающим конденсатором 21.Объединенные выводы эмиттера транзистора с времязадающим конденсатором являются управляющим входом порогового элемента, а объединенные выводы коллектора и базы транзисторов являются его входом питания. Эмиттер транзистора 20 соединен с общей шиной через первичную обмотку импульсного трансформатора 22, вторичная обмотка которого подключена к объединенным выводам элемента задержки и управляющего электрода регулируемого тиристора. Катоды дополнительных диодов 23, 24 и второй вывод вспомогательной обмотки 25 объединены, причем анод диода 23 соединен с управляющим входом порогового элемента, а анод диода 24 через резистор 2 б соединен с его входом питания, шунтированным конденсатором 27, параллельно которому подключен стабилитрон 28,Линейный импульсный модулятор работает следующим образом. Пока разрядный коммутатор 8, дополнительный и регулируемый тиристоры 12 и 13 заперты, происходит резонансный заряд емкости Слинии формирования б от источника питания 1 через индуктивность 1., основной обмотки 3 зарядного дросселя 4, зарядный диод 5 и цепь нагрузки 7 (например, содержащую первичную обмотку импульсного трансформатора). Зарядное напряжение У, и ток заряда 1, линии формирования б изменяют. ся во времени приблизительно по законам (фиг. 2 а):Уд(1) =Ео(1 - сов йз),з (Ео/Ь)з 1 п э й, = 7/)/Е,Си о, = А,/С- резонансная частота и характеристическое сопротивление зарядной цепи;Е, - направление источника питания 1,Напряжение на обмотке 3Ус (1) = Уа (1) - Е, = - Е, сов й,1. (3) Напряжение на дополнительной обмотке 10 и вспомогательной обмотке 25, включенных встречно и имеющих одинаковый коэффициент трансформации пь равны (фиг.2 в):У, = Ус /пг; У, = - У, = - Цс /и,. (4)Напряжение на дополнительной обмотке 11 с коэффициентом трансформации гцУ, - Уг, /пц, (5)В установившемся режиме остаточное цаппяжение ца накопительном конденсаторе 14 Уа - Ео/и (6)Напряжение Ур на управляющем входе порогового элемента 18 представляет собой сумму напряжений Уо и lз; дополнительцый диод 23 оказывается открытым только в интервале фазовых углов л/2 ( йз 1 ( л.1-1 апряжение У,.р с учетом (4) и (6) определяется как (фиг. 2 с):/уар: /о + (/а: (Еа/пг) (1 - сов йз) (7)причем л/2 ( йз 1 ( л,Сопоставляя (7) и (1), убеждаемся, что величина Ур пропорциональна У. Как ТОЛЬКО У,кр ДОСтИГаЕт ЗаДаННОГО фИКСИРО- ванного значения напряжения Е на входе питания порогового элемента 18, т. е. на базе транзистора 19 и конденсатора 27, этот транзистор отпирается. Ток коллектора транзистора 19, протекая через переход база - эмиттер транзистора 20, также вызывает его отпирание. Отпирание обоих транзисторов благодаря положительной обратной связи имеет лавинообразный характер (транзисторы имеют противоположный тип проводимости) . Открытое состояние их длится до тех пор, пока напряжение на управляющем входе и времязадающем конденсаторе 21 не станет меньше, чем Е. В результате на первичной обмотке импульсного трансформатора 22 в цепи эмиттера транзистора 20 формируется импульс отрицательной полярности, который после инвертиро- вания в трансформаторе 22 поступает на управляющий электрод регулируемого тиристора 13 и открывает его.При отпирании регулируемого тиристора 13 в интервале фазовых углов л/2 ( ОЗ 1 ( ( л параллельно дополнительной обмотке 11 подключается накопительный конденсатор 14, в результате дроссель 4 оказывается замкнутым почти накоротко. Напряжение УА на аноде зарядного диода становится меньшим, чем зарядное напряжение Ул = - Ес(1 - Соя к) ) Е, на его катоде, кото 5 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 6 О 65 рое было достигнуто к моменту а/Оз отпирания регулируемого тиристора 13. Поэтому ток заряда /а линии формирования прекращается, и напряжение Г, фиксируется на заданном уровне нгЕ, = Сопз 11 (фиг. 2 а, б, с),После отпирания регулируемого тиристора 13 начинается заряд накопительного конДЕНС 2 ТОР 2 14 ДО Н 2 ПРЯжЕНИЯ Сс. макс ПРО- исходящий в течение времени ,ар (фиг.22 д). При этом энергия г.з/з, накопленная в ицдуктивности зарядного дросселя 4 к моменту отпирания регулируемого тиристора 13, передается в конденсатор 14, по окончании заряда которого регулируемый тиристор 13 запирается.Итак, напряжение У, фиксируется на заданном уровне и Е( 2 Ес за счет изменения длительности Тз цикла заряда (фиг.2 а). Для этого необходимо, чтобы Тз ( ( Тз макс где Тз макс = Л/йз - МЯКСИМальная длительность зарядного цикла, равная длительности полупериода свободных колебаний в зарядной цепи.Интервал То между окончанием заряда линии формирования 6 и моментом подачи импульса запуска на разрядный коммутатор 8 должен быть таким, чтобы Т = Та + + Тз + эзар ) Тз макс, где Т - период СлеДОВаНИЯ ИМПУЛЬСОВ ЗаПУСКа; 1 аа 1, - ДЛцтЕЛЬ- ность заряда накопительного конденсатора 14 до максимального напряжения Гс макс.Емкость зарядного конденсатора 14 долхкна быть Выор 2 г 2 т 21, чтобы максимальное напряжение У,1, пересчитанное из обмотки 11 в обмотку 3 и приложенное к зарядному диоду 5, не превышало значение К,(сс) = ггЕ(фиг. 2 а, Ь): ПцС с.макс ( -Л (С 1) (8)Передача энергии из накопительного конденсатора 14 в источник питания 1 происходит в течение интервала Т, после запуска дополнительного тиристора 12. Импульс запуска на него подается с задержкой Т, ) ) 1,ар, Т, ( То, определяемой выбором параметров элемента задержки 16. Импульс тока разряда накопительного конденсатора 14, протекая через дополнительную обмотку 10 и дополнительный тиристор 12, вызывает появление на основной обмотке 3 зарядного дросселя импульса с амплитудой и Ус. максЕО, минус которого приложен к катоду диода 9, а плюс - к конденсатору фильтра 2 и источнику питания 1. Диод 9 отпирается, и энергия из накопительного конденсатора 14 передается в источник питания 1; разряд накопительного конденсатора прекращается тогда, когда гг Ус = Е после этого диод 9 и дополнительный тири- стор 12 запираются, На накопительном конденсаторе 14 до следующего зарядного цикла остается остаточное напряжение У, = = - Ео/и, (фиг. 2 д), о котором упоминалось ранее.Подача импульсов запуска У,ап с нерио. дом Т ца разрядный коммутатор 8 вызывает разряд линии формирования 6 и формирование на цепи нагрузки 7 выходных импульсов отрицательной полярности с амплитудой У(фиг. 2 е,1), так как в схеме обеспечивается стабилизация напряжения У то тем самым достигается и стабилизация амплитуды У - выходных импульсов (прц этом предполагается сохранение постоянства сопротивления нагрузки).Качество стабилизации напряжения К, (и, соответственно У,), будет зависеть от стабильности напряжения Е, которое обеспечивается действием стабилитрона 28, подключенного параллельно входу питания порогового элемента 18 и конденсатору 27, заряд которого осуществляется напряжениями сг, и У, через дополнительный диод 24 и резистор 26.Плавное нарастание напряжения У, и У после включения питания достигается следующим образом.В момент включения источника питания 1, когда начинается первый цикл резонансного заряда линии формирования 6, накопительный конденсатор 14 и конденсатор 27 не заряжены. Напряжение Уо и Е, на них нарастают постепенно, так что фазовый угол включения регулируемого тиристора 13 постепенно увеличивается приблизительно от гт/2 до заданного значения а (обычно около 5 гт/6). В результате У постепенно нарастает от Ео до Ул(а) = Ео(1 -- Сов а) ( 2 Ео, Скорость нарастания У ц С/может регулироваться путем выбора постоянной времени КС-цепи, состоящей из резистора 26 и конденсатора 27. Формула изобретения1. Линейный импульсный модулятор, содержащий последовательно соединенные источник питания, шунтированный конденсатором фильтра; зарядный дроссель, состоящий из основной и двух дополнительных обмоток, включенных последовательно и согласно по отношению друг к другу и основной обмотке, объединенные выводы которых через накопительный конденсатор, а другие через дополнительный и регулируемый тцристоры, подключенные соответственно анодом и катодом, соединены с общей шиной,зарядный диод, линию формирования ицепь нагрузки, а также разрядный комму 5 татор, подключенный между входом формирующей лцнцц и общей шиной, диод, подключенный встречно к выходу зарядногодросселя, пороговый элемент, выход которого подключен к управляющему электроду1 О регулирующего тиристора непосредственно,а к управляющему электроду дополнительного тиристора - через цепь задержки, о тл и ч а ющ и й с я тем, что. с целью повышения надежности путем обеспечения плав 15 ного нарастания амплитуды выходных им.пульсов после подключения питания, в неговведены вспомогательная обмотка зарядного дросселя, включенная встречно по отношению к основной и дополнительным об 20 моткам; два диода и рсзистор, причем одинвывод вспомогательной обмотки подключенк объединенным выводам дополнительныхобмоток, а второй вывод через первый диод - к управляющему входу порогового25 элемента и через второй диод, последовательно соединенный с резистором, - ковходу питания порогового элемента.2. Модулятор по п, 1, отл и ч а ю щи йс я тем, что цепь задержки состоит из эле 30 мента задержки, последовательно соединенного с разделительным импульснымтрансформатором,3. Модулятор по и. 1, отл и ч а ю щи йс я тем, что пороговый элемент выполнен в35 виде релаксационного генератора на двухтранзисторах разного типа проводимостии - р - и и р - и - р, коллекторы которыхвзаимно соединены с базами, а между эмиттерами и общей шиной подключены им 40 пульсный трансформатор и времязадающийконденсатор соответственно, причем еговход питания шунтирован конденсатором,параллельно которому подключен стабилитрон.45 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР350148, кл. Н ОЗК 3/53, 04.09.72.2. Авторское свидетельство СССР 50 ЛЪ 541281, кл. Н ОЗК 7/02, 30,12,76 (прототип).Изд,504 Тираж 995 Подписно рственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж.35, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова