Импульсный модулятор

) ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТО 1Изобретение относится к импульснойтехнике и может быть использованодля модуляции мощных С 8 Ч и другихэлектронных приборов, работающих с малой скважностью и крутыми фронтамиимпульсов,Известен импульсный модулятор,содержащий источник питания, двепоследовательно соединенные лампы,к точке соединения которых подключена нагрузка, генератор управляющихимпульсов, подключенный через трансформаторы и емкости к управляющимэлектродам ламп 1 1,Недостаток известного модуляторазаключается в низком КПД.Известен также импульсный модулятор, содержащий источник питания,две последовательно соединенные модуляторные лампы, первая из которых анодом подключена к положительной шинеисточника питания, катодом к нагрузке, соединенной с общей шиной, а дру1гая анодом к нагрузке, а катодом 2к отрицательной шине источника питания, генератор управляющих импульсов, подключенный через пороговые элементы к входам управляющих ключей 2.Недостатком этого импульсного моду лятора также является низкий КПД.Цель изобретения - повышение КПД.Поставленная цель достигается тем, что в импульсный модулятор, содержащий источник питания, две последовательно соединенные модуляторные лампы, первая из которых анодом подключена к положительной шине источника питания, а другая анодом - к нагрузке, генератор управляющих импульсов, подключенный через пороговые элементы к входам двух управляющих ключей, введены две форсирующие цепочки, выход первой из которых включен между управляющей сеткой первой модуляторной лампы и анодом второй, выход второй - между управдяющей сеткой второй модуляторной лам,: ры и отрицательной шиной источникаКаждый управляющий ключ содержит цепочку, состоящую из последовательно соединенных двух резисторов, трех диодов, включенных в прямом направлении и стабилитрона, пять транзисторов, два из которых соединены последовательно, причем первый транзистор базой подключен к объединенному выводу резисторов, коллектором - к другому выводу первого резистора, а через диод, включенный в противоположном направлении, - к накальной цепи модуля- торной лампы и через разделительный конденсатор - к ее катоду и к коллекторам буферного и двух параллель. но соединенных транзисторов, второй транзистор базой соединен с объединенным выводом второго резистора и диода, коллектором - с эмиттером первого транзистора, а эмиттером - с ба. зой буферного транзистора, эмиттер которого подключен к базам двух параллельно соединенных транзисторов, эмиттеры которых через дополнительные резисторы подключены к аноду стабилиронэ. 35 55 3 93261 питания, а их входы соединены соответственно с анодами первой и второй модуляторных ламп, причем первый управляющий ключ подключен между катодом первой модуляторной лампы5 и анодом второй, а второй " между катодом второй модуляторной лампы и отрицательной шиной источника питания.Генератор управляющих импульсов 1 о выполнен в виде светодиода, оптически связанного через диэлектрические волноводы с пороговыми элементами.Каждый пороговый элемент содержит транзистор и последовательно соединенные резистор и фоторезистор, объединенный вывод которых подключен к базе транзистора, причем в первом пороговом элементе фоторезистор подключен параллельно базаэмиттерному переходу, соединенному с нагрузкой, а резистор - базаколлекторному переходу, соединенному с входом направляющего ключа, а во втором пороговом элементе фоторезистор подключен параллельно базаколлекторному переходу, соединенному с входом управляющего ключа, а резистор к - базаэмиттерному переходу, соединенному с отзю рицательной шиной источника питания,О 4Каждая. форсирующая цепочка содер жит трансформатор и конденсатор, причем первые выводы выходных обмоток трансформаторов соединены с управляющими сетками модуляторных ламп, аноды которых через конденсаторы соединены с первыми выводами входных обмоток трансформаторов,а вторые выводы обмоток трансформаторов соеди. нены между собой и подключены соответственно к аноду первой модуляционной лампы и к отрицательной шине источника питания.На чертеже показана функциональная схема импульсного модулятора.Импульсный модулятор содержит генератор 1 управляющих импульсов, два диэлектрических волновода 2, два пороговых элемента 3 и 4, два управляющих ключа 5 и б, две модуляторные лампы 7 и 8 и две цепочки 9 и 10 форсируоцие, Причем вход генератора 1 управляющих импульсов соединен с источником управляющих импульсов, а выход через диэлектрические волноводы 2 - с входами первого 3 и второго 4 пороговых элементов, выходы которых соединены соответственно с входами первого 5 и второго б управляющих ключей, первый из которых включен между катодом первой модуляторной лампы 7 и анодом второй лампы 8, а второй - между катодом второй модуля. торной лампы и отрицательным выводом источника питания выход первой форсирующей цепочки 9 включен между управляющей сеткой первой модуля- торной лампы 7 и анодом второй лампы 8, выход второй форсирующей цепочки 10 включен между управляющей сеткой второй модуляторной лампы 8 и отрицательным выводом источника питания, а входы каждой из форсирующих цепочек соединены соответственно с анодами .первой и второй модуляторных ламп. Генератор 1 управляющих импульсов выполнен в виде светодиода, оптически связанного с диэлектрическими волноводами 2, а каждый из пороговых элементов выполнен в виде фоторезисторов 11 и 12, оптически связанных с соответствующими диэлектрическими волноводами и включенных в базовые цепи транзисторов 13 и 14, причем в первом пороговом элементе 3 фоторезистор йодключен параллельно базаэмиттерному переходу транзистора, а во втором - параллельно базаколлекторному. Каждый уп9326 5равляющий ключ содержит составныеэмиттерные повторители 15 и 16, 1состоящие из двух последовательносоединенных транзисторов, цепочек17 и 18 состоящих из последовательносоединенных двух резисторов, трехдиодов, включенных в прямом направлении и стабилитрона, причем первые транзисторы базами подключенык объединенным выводам резисторов, 1 околлекторами - к другим выводам пер.вых резисторов, а через диоды,включенные в обратном направлении,к накальным цепям модуляторных лампи через разделительные конденсаторы 1 зк их катодам и коллекторам составныхэмиттеров 19 и 20, состоящих из буферных и двух параллельно соединенных транзисторов, подключенных черезрезисторы 21-24, соответственно канодам стабилитронов.Первая Форсирующая цепочка содержит конденсатор 25 и трансформатор26, а вторая содержит конденсатор 27и трансформатор 28,причем первые вывоу1 ды выходных обмоток трансформаторов соединены с .управляющими сетками соответствующих модуляторных ламп, анодыкоторых через конденсаторы соединены с первыми выводами входных обмотоктрансформаторов, а вторые выводыобмоток трансформаторов 26 и 28 соединены 1,у первой форсирующей цепочки)с нагрузкой 29, а у второй - с отрицательным выводом источника питания.Импульсный модулятор работаетследующим образом.В паузе между импульсами генератор 1 управляющих импульсов выключен, фоторезисторы 11 и 12 имеют40максимальное сопротивление, вследствие чего транзистор 13 открыт,1 а транзистор 14 закрыт, Посколькутранзистор 13 шунтирует вход управляющего ключа 5, то он разомкнут.Управляющий ключ 6 соответственнозамкнут. В этом положении катодмодуляторной лампы 8 оказывается.соединенным по постоянному току черезуправляющий ключ 6 и трансформатор28 с ее управляющей сеткой. Поэтому Омодуляторная лампа 8 открыта. Вследствие разрыва цепи между катодом модуляторной лампы 7 и анодом модуляторной лампы 8 управляющим ключем 5 лампа 7 запирается. При этом на еекатоде напряжение устанавливаетсяравным паспортному напряжению запирания по сетке этой лампы (например 10 6для ГМИэто приблизительно 100 В) Следовательно, почти все напряжение от источника питания несколько кВ, падает только на лампе, что обеспечивает работу полупроводникового ключа, при малых напряжениях, т.е. в том режиме, который опти" мален для полупроводников. Кроме того, данное напряжение является напряжением питания для транзисторного .каскада, входящего в состав ключа. Оно поддерживает его работу в ждущем режиме без отдельного собственного источника питания. При этом управляющий ключ 5 потребляет по цепи из входных, резисторов дежур" ный ток, который обратно пропорционален коэффициенту усиления ключа по току и поэтому может быть доведен до весьма малой величины.При поступлении управляющего им" пульса на вход генератора 1 управляющих импульсов, последний излучает электромагнитные колебания, воздействующие через волноводы 2 на фото- резисторы 11 и 12, сопротивление которых при этом достигает минимальной величины, Транзистор 13 закрывается, а транзистор 14 открывается. Это приводит далее к открыванию уп"равляющего ключа 5 и закрыванию управляющего ключа 6. Однако такой процесс не может сам по себе обеспечить нормальную работу модуляторных ламп в момент переключения,так как эти лампы для нормального ( ускоренного ) срабатывания на фронтах импульсов требуют больших импульсных напряжений положительной полярности на управляющих сетках по отношению к катодам. Для обеспечения нормального режима работы модуляторнцх ламп введено двойное управление модулятор. ными лампами. Одно - по катоду ( ключем ) и второе - по управляющей сетке форсируоцей цепочкой . В моменты переключения, форсирующие цепочки 9 и 10 обеспечиаают через конденсаторы 25 и 27 и трансформаторы 26 и 28 положительную обратную связь в модуляторных лампах и дают тот необходимый для срабатывания открывающейся лампы положительный выброс на управляющей сетке, который обеспечивает нормальный режим ее переключения. В моменты времени, соответствующие паузам и вершинам импульсов, токи через лампы меньше максимальйых, и для ламп достаточно261 О 15 Формула изобретения Импульсный модулятор, содержащий.источник питания, две последователь.но соединенные модуляторные лампы,первая из которых анодом подключенак положительной шине источникапитания, а другая анодом - к нагруз.ке, генератор управляющих импульсов, подключенный через пороговыеэлементы к входам двух управляющихключей, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения КПД, в неговведены две Форсирующие цепочки,выход первой из которых включен между управляоцей сеткой первой модуляторной лампы и анодом второй, выходвторой - между управляющей сеткой второй модуляторной лампы и отрицательной шиной источника питания, а их 35входы соединены соответственно с анодами первой и второй модуляторныхламп, причем первый управляющийключ подключен между катодом первоймодуляторной лампы и анодом второй,1 а второй - между катодом второймодуляторной лампы и отрицательной шиной источника питания.2, Модулятор по п,1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что генератор уп равляющих импульсов выполнен в видесветодиода, оптически связанного через диэлектрические волноводы с пороговыми элементами.3. Модулятор по и.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что каждыйпороговый элемент содержит транзистор и последовательно соединенные резистор и фоторезистор, объединенныйвывод которых подключен к базе тран зистора, причем в первом пороговомэлементе фоторезистор подключен параллельно базаэмиттерному переходу, ю- соединенному с нагрузкой, а резис 93 нулевого смещения, которое задается соответствующей коммутацией управляющих ключей 5 и б;Таким образом, с приходом управляющего импульса на вход генератора 1 управляющих импульсов управляющий ключ 5 и модуляторная лампа 7 открываются, а управляющий ключ б и модуляторная лампа 8 закрываются. Следовательно, Формируется импульс.Когда управляющий импульс кончается, генератор управляющих импульсов "гаснет" и процесс идет в обратном порядке. Формируется спад импульса и пауза.Управляющие ключи 5 и б ввиду их малого внутреннего сопротивления нуждаются в специальной защи- те от пробоя во внешней цепи, например в лампе. В предлагаемом устройстве такая защита обеспечивается пу. тем ограничения тока через ключи. Это достигается введением резисторов 21 и 22 в эмиттерные цепи выходных транзисторов и ограничением входного напряжения каждого ключа с помощью цепочек 17 и 18, содержащих стабилитроны и диоды температурной компенсации по числу и-р пе- . реходов между входами ключей и резисторами 21-24, При таком включении падение напряжения на этих резисторах не может превысить опорной величины, задаваемой стабилитронами (иначе транзисторы закрываются ), что позволяет ограничить ток соответствующим порогом. Кроме того, это техническое решение позволяет легко решить, при необходимости проб лему выравнивания токов через выходные транзисторы при параллельном их включении.Чтобы увеличить насыщение в полупроводниковых ключах выходных транзисторов, может быть применена подпитка (дополнительный источник)для входного каскада ключа путем подачи выпрямленного накального напряжения, как это показано на Фиг.1.Главной особенностью импульсного модулятора является двойное управление модуляторными лампами - по сетке ( по цепи положительной обратной связи) и по катоду ( от цепей .управления). Это позволяет совместно с световой развязкой по входу применить в качестве каскадов предварительного усиления управляющие кл чи без отдельных источников питания и тем самым уменьшить выходную емкость устройства, повыситьКПД, уменьшить длительность. фронтови спадов выходных импульсов. Крометого, уменьшение мощности потерьв дополнительных источниках питания и потерь на перезарядку паразитных емкостей позволяет снизить мощность каскадов предварительного усиления и выходных каскадов, повысить их надежность,. уменьшить габариты, вес и стоимость.9 93261тор - базаколлекторному переходу,соединенному с входом управляющегоключа, а во втором пороговом элементе фоторезистор подключен парал лельно базаколлекторному переходу,соединенному с входом управляющегоключа, а резистор - к базаэмиттерному переходу, соединенному с отрицательной виной источника питания,.Ь, Модулятор по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что каждый управляющий. ключ содержит цепочку,состоящую из последовательно соединенныхдвух резисторов, трех диодов,:включенных в. прямом направлении.и ста 1 Збилитрона, пять транзисторов, дваиз которых соединены. последовательно,причем первый транзистор базой подключен к обьединенному выводу резисторов, коллектором - к другому выво- щду первого резистора, а через диод,включенный в противоположном направлении, - к накальной цепи модуляторной лампы и через разделительный конденсатор - к ее катоду и к коллекто;.рам буферного и двух параллельно соединенных транзисторов, второй транзистор базой соединен с обьединенным выводом второго резистора и диода, коллектором - с эмиттером перво 0 10го транзистора, а эмиттером - с базойбуферного транзистора, эмиттер кото"рого подключен к базам двух параллельно соединенных транзисторов, эмиттеры которых через дополнительныерезисторы подключены к аноду стаби"литрона.5. Модулятор по и.1, о т л и,ч а.ю щ и й с я тем, что каждая форси- .рующая цепочка содержит трансформатор и конденсатор, причем первыевыводы выходных обмоток трансформато-.ров соединены с управляющими сетка 1 ми модуляторных ламп, аноды которых1через конденсаторы соединены с первыми выводами входных обмоток трансформаторов, а вторые выводы обмоток трансформаторов соединены междусобой и пюдключены соответственно каноду первой модуляционной лампы ик отрицательной шине источника пи- .тания.Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Богомолов Ф.Г. Импульсный модулятор. - "Электронная техника,Сер 1, Электроника СВЧ", вып. 3,стр. 124.2. Патент СВА Мф 3435378,л. 332-41, 25.031969.932610 аренк Тираж 954ИПИ Государственного комитета Со делам изобретений и открытий035, Москва, )1-35, Раушская наб Заказ 380 писн 4/ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул ектная,Редактор Н.Гришанов Составитель Д.ХодыревТехред И. Гайду Корректор У