Импульсный модулятор

(51) 4 Н 03 К /02, Н 0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ПНТ СССР 3 М НМН 3- БИБЛ 3 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯА 8 ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4 й О(53) 621.376.5:621.316.925(088.8) (56) Берннтейн З.А., Рудяченко Н.К, Импульсные радиопередаюцие устройства. - Киев: Гос. изд. техн. лит.УССР 1968, с. 214, рис. 108, и с. 118, рис, 67.Авторское свидетельство СССР Ф 1027803, кл. Н 03 К 7/02, 1982.Авторское свидетельство СССР У 898605, кл. Н 03 К 7/02, 1980, (54) ИИПУЛЬСЦЬЙ ИОДУЛЧТОР (57) Изобретение относится к электро технике и радиотехнике. Цель изобретения - повыцение надежности и быстродействия устройства. Для этого в импульсный модулятор с промежуточным индуктивным накопителем введен второй пороговый блок 22, третий пороговый блок 24, блок 19 аварийного отключения и датчик 6 напряжения,подключенный параллельно зацитномуконденсатору 11, выход которого соединен через второй пороговый блок22 с первым входом блока 19 аварийного отключения, второй вход которогосоединен через третий пороговый блок,24 с выходом датчика 12 тока, а выход - с управляющим входом коммутатора 20 отключения модулятора, включенного между выходом подмодулятора23 и управляюцим входом зарядногокоммутатора 10. Причем зацитный диод4 включен параллельно источнику 2постоянного напряжения в непроводящем по току направлении. При этомподмодулятор 23 выполнен с ограничением длительности выходногоимпульса.При коротком замыкании в нагрузке 17или потере управляюцих свойств коммутатора 18 срабатывают соответствующие пороговые блоки 22 или 24, блок19 аварийного отключения воздействует на управляюций вход коммутато-,ра 20. Происходит отключение модулятора. 3 ил.Изобретение относится к электрон радиотехнике и гложет быть исполь" Эовано в радиопередающих устройствах, в основу схемы которых положена Схема импульсного модулятора с полным разрядом накопителя, - линией формирования,Целью изобретения является повыение надежности и быстродействия 10 тключения импульсного модулятора,На фиг. 1 приведена схема имльсного модулятора с промежуточным ндуктивным накопителем с защитой, а фиг. 2 " эпюры напряжений и токов в узловых точках схемы модулятора и 1 устройства его защиты; на фиг, 3 Общая эквивалентная схема индуктивноГо накопителя.Импульсный модулятор с промежуточым индуктивным накопителем и защитой одержит плавкий предохранитель 1, сточник 2 постоянного напряжения, накопительный конденсатор 3, защитйый диод 4, первый пороговый блок 5, датчик 6 напряжения, зарядный блок 7, иод 8, резистор 9, зарядггый коммутатор 10, защитный конденсатор 11, датчик 12 тока, индуктивный накопитель 13, формирователь 14 импульсов, зарядный диод 15, линию 16 формирования выходных импульсов, нагрузку 17, коммутатор 18, блок 19 аварийного отключения, коммутатор 20 отключения модулятора, элемент 21 задержки, вто 35 рой пороговый блок 22, подмодулятор 23, третий пороговый блок 24 и генератор 25 запускающих импульсов, эквивалентная схема индуктивного накопителя содержит индуктивность 26 рас сеяния, индуктивность 27 намагничивания, паразитную емкость 28 обмоток и сопротивление 29 потерь.К сети переменного тока через плавкий предохранитель 1 подключен 45 источник 2 постоянного напряжения, выход которого шунтирован накопительным конденсатором 3, защитным диодом 4, включенным в непроводящем направлении по току, и входами зарядного блока 7, к которым подключены последовательно соединенные в проводящем направлении по току зарядный коммутатор 10, шунтированный последовательно соединенными включенным в прово дящем по току направлении дибдом 8, параллельно которому подключен резис.л тор 9, и защитным конденсатором 11,датчик 12 тока и индуктивный накопитель 13, выводы которого соединены с выходными выводами зарядного блока и входами формирователя 14 импульсов, параллельно которым подключены последовательно соединенные зарядный диод 15 и линия 16 формирования - шунтиро. вания, последовательно соединенными нагрузкой 17 модулятора и коммутатором 18, управляющий электрод которого через элемент 21 задержки соединен с выходом генератора 25 запускающих импульсов, который соединен также с первым входом подмодулятора 23, второй вход которого соединен с выходом первого порогового блока 5, вход кото- рога соединен с выходом датчика 12 тока, при этом выход подмодулятора 23 соединен через коммутатор 20 отключения.модулятора с управляющим входом зарядного коммутатора 10; параллельно защитному конденсатору 11 подключен датчик 6 напряжения, выход которого соединен с входом второго порогового блока 22, а выход второго по- рогового блока 22 соединен с первым входом блока 19 аварийного отключения, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора 20 отключения модулятора, а второй вход соединен с выходом третьего порогового блока 24, вход которого соединен с входом первого порогового блока 5,При этом, выполнение указанных на схеме устройства защиты импульсного модулятора с промежуточным индуктивным накопителем элементов и узлов является общеизвестным, а именно в качестве датчика напряжения может быть использован резистивный или емкостной делитель, в качестве датчика тока " трансформатор тока или резистор с калиброванной величиной сопротивления, зарядный коммутатор пред" ствлен в виде эквивалентной схемы, так как в качестве такового может быть применен в зависимости от уровня напряжения источника постоянного напряжения и коммутируемой мощности либо мощный транзистор, либо любой другой полностью управляемый прибор, например таситрон. Диод 8 также представлен в виде эквивалентной схемы, состоящей из последовательно соединенных диода и резистора, учитывающего внутреннее сопротивление . цепи диода, величина которого в зависимости от параметров схемы может быть сделана любой посредством под 1495986ключения последовательно с диодом цополнительного резистора, В качестве коммутатора отключения модулятора .может быть применен транзистор в ре 5 жиме насыщения или любой другой управляемый электронный прибор с малым внутренним сопротивлением в открытом состоянии, формирователь импульсов модулятор с полным разрядом накопите ля, выполненный по любой известной схеме, у которого в качестве коммутатора может быть применен тиристор, тиратрон, таситрон или любой другой электронный прибор с малым внутренним 15 сопротивлением в открытом состоянии, а нагрузка подключена через согласующий трансформатор, в качестве пороговых блоков могут быть применены выпускаемые промьппленностью в виде мик росхем схемы компараторов или любого другого типа известные схемы, а в качестве блока аварийного отключения микросхемы ИЛИ, чтобы не усложнять схему, индуктивный накопитель пред ставлен в виде катушки индуктивности, хотя на практике он может быть выполнен в виде катушки с дополнительной вторичной обмоткой или в виде катушки с дополнительными отвода ми, поэтому для пояснения процессов в модуляторе на фиг. 3 представлена наиболее общая эквивалентная схема индуктивного накопителя, состоящая из индуктивности 26 рассеяния, ин 35 дуктивности 27 намагничивания, паразитной емкости 28 обмотки (обмоток) и сопротивления 29 потерь, пересчитанных в цепь заряда индуктивного накопителя, в качестве иодмодулятора 40 может быть использован любого типа импульсный генератор, например мультивибратор с усилителем на выходе, у которого передний фронт импульса совпадает с передним фронтом импуль са, подаваемого на первый вход, а задний фронт - с передним фронтом импульса, подаваемого на второй вход, и при этом. длительность выходного импульса подмодулятора ограничена и не должна превышать заданной максимальной величины.Представленная схема импульсного модулятора с промежуточным индуктивным накопителем и защитой является функциональной и поэтому электрические, в том числе и импульсные, цепи изображены в виде функциональной связи. На схеме опущены источники смещения коммутаторов, сопротивления утечки в цепях управления коммутаторов,а также другие второстепенные элементы, например источники питания узловсхемы.Импульсный модулятор работает следующим образом,В исходном состоянии напряжениена выходе источника 2 постоянногонапряжения и напряжение Б 11 (фиг.2 в)на защитном конденсаторе 11 равны Е,остальные напряжения и токи в схеменулю, зарядный коммутатор 10 находится в выключенном состоянии, а коммутатор 20 отключения модулятора - вовключенном.При поступлении в момент времени , импульса Б (фиг.2 а) с выходагенератора 25 запускающих импульсовна первый вход подмодулятора 23 по-.следний формирует импульс П з(фиг,2 б), который включает зарядныйкоммутатор 10, в результате чего начинается протекание тока по цепи:плюсовой вывод источника 2 постоянного напряжения, зарядный коммутатор10, датчик 12 тока, катушка индуктивности накопителя 13 и минусовойвывод источника 2 постоянного напряжения При протекании тока д 1 з (фиг.2 г) через индуктивный накопитель 13 в последнем запасается энергия.йу12где Ь - индуктивность катушки индуктивности накопителя 13, равная сумме индуктивностей рассеяния 26 и намагничивания 27 (фиг.3).При достижении заданной величины тока 1, (фиг.2 г), которая определяется величиной напряжения У (фиг, 2 к), получаемого на выходе датчика 12 тока, и уровнем напряжения Б д(фиг. 2 ж) срабатывания первого порогового блока 5, с выхода последнего в момент времени 1. выдается сигнал на второй вход подмодулятора 23, благодаря которому формируется задний фронт импульса Уз (фиг, 2 б) на выходе подмадулятора, а зарядный коммутатор 10 выключается.В момент времени Свыключения зарядного коммутатора 10 ток 1, через1индуктивный накопитель продолжает протекать, но при этом напряжение0(фиг. 2 д) на катуыке индуктивного накопителя 13 изменяет полярность,ток д протекающий через индук-.тивность 27 намагничивания, замыкает 5ся через зарядный диод 15 и линию 16ормирования. Процесс продолжаетсяо тех пор, пока, энергия Чне будетередана в емкость линии формироваия. При этом часть энергии Ы, аенно запасенная в индуктивности 26ассеяния (фиг. 3), передается в емость защитного конденсатора 11 зачет протекания токачерез ин"тэ, уктивность 26 рассеяния, накопитель1 й конденсатор 3, диод 8, датчик 12тока и параэитную емкость 28, вслецтвие чего защитный конденсатораряжается до номинального уровняапряжения 0 (фиг. 2 в) . При нормальО1 ой работе модулятора время полнойередачи энергии из индуктивности 26ассеяния в защитный конденсатор 11сегда должно быть меньне времени заяда линии 16 формирования (фиг.2 е). 25После окончания процесса заряда лиии 16 формирования напряжение наНей достигает максимальной величиныО (фиг.2 е), а на управляющий электрод коммутатора 18 модулятора постуПает задержанный на время(Фиг,2 е) элементом 21. задержки импульса с выхода генератора 25 запус-кающих импульсов. Коммутатор 18 подЖигается, линия 16 формирования раз 1 ь э 35ряжается, а на нагрузке 17 формируется выходной импульс,На этом процесс Формирования им-.пульса модулятора заканчивается и поале разряда защитного конденсатора 11 40Через резистор 9 (возврата энергии висточник 2 постоянного напряжения)схема модулятора приходит в исходноесостояние.При нормальной работе модулятора 45с. промежуточным индуктивным накопителем процессы в модуляторе протекают,строго последовательно, а именно заряд промежуточного индуктивного накопителя от. источника постоянного напряжения в заданный интервал времени;разряд промежуточного индуктивногонакопителя и заряд линии Формирования; разряд линии Формирования и Формирование импульса на нагрузке СВЧгенератора,В реальных условиях могут нару-.Ваться: процесс разряда ликии формирования в связи с изменением величины сопротивления К нагрузки в пределах от К- , например, при нарушениях условий возбуждения СВЧ-генератора или отсутствии поджига коммутатора 18 модулятора, до КО при наличии искрений в СВЧ-генераторе; процесс заряда и разряда промежуточного индуктивного накопителя в связи с изменением времени его заряда и начальных условий его разряда, Во всех случаях запасенная и неиспользованная энергия в промежуточном индуктивном накопителе или в линии формирования в последующие циклы работы модулятора является причиной возникновения перенапряжений на элементах его схемы и причиной выхода их из строя.Пусть линия 16 Формирования периодически не разряжается (фиг, 2 е, момент времени), например, из-за того, что коммутатор 18 не включается или СВЧ-генератор не возбуждается устойчиво (Ея-с ). Тогда процесс заряда индуктивного накопителя 13 протекает точно так же, как и при нормальной работе модулятора, а его разряд происходит при начальном напряжении на линии 16 формирования, равном П, Поэтому в следующий, цикл работы модулятора который начинается в момент временипосле выключения зарядного коммутатора 10 энергия, запасенная в индуктивном накопителе, в процессе его заряда, практически полностью передается в емкость защитного конденсатора 11, Данный процесс происходит за счет протекания тока хз по цепи: индуктивный накопитель 13 (последовательно соединные на фиг. 3 индуктивности намагничивания 27 и рассеяния 26), накопительный конденсатор 3, диод 8, защитный конденсатор 11 и датчик 12 тока, При этом защитный конденсатор 11 зарядится до напряжения 13",У (фиг,2 в) так как по сравнению с нормальной работой модулятора в емкость защитного конденсатора передается не только энергия, запасенная в индуктивности 26 рассеяния, но и значительно большая энергия, запасенная в индуктивности .27 намагничивания. При этом напряжение 11" не должно превышать11.уровня напряжения, которое допустимо для закрытого зарядного коммутатора 1 О, что всегда может быть обеспечено соответствующим выбором величины емкости защитного конденсатооа 11.Увеличение напряжения 11( выые заданного допустимого предела Ц (Ц(,о( Ю" (фиг. 2 в), снимаемого с датчика б йапряжения и определяемого порогом срабатывания второго порогового устройства 22, является сигналом аварийной работы модулятора, который используется для включения блока 19 аварийного отключения выключателя.При этом цепь между выходом подмодулятора 23 и управляющим входом зарядного коммутатора 10 разрывается, импульс 11 (фиг,2 б) в момент временине поступает на управляющий элект род зарядного коммутатораработа модулятора прекращается, а защитный конденсатор 11 начинает разряжаться через резистор 9, накопительный конденсатор 3, индуктивный накопитель 13 и датчик 12 тока, Разряд зацитного конденсатора продолжается до тех пор пока напряжение 11 не достигнет значения 11( в момент времени(фиг. 2 в), и только после этого коммутатор 20 отключения модулятораснова включается, работа модулятора может быть продолжена.Благодаря указанной защите устраняются возможные перенапряжения па элементах модулятора и осуцествляется защита зарядного коммутатора по напряжению.При подаче запускающего импульса в момент времени т (фиг.2 е) на уп-, равляющий электрод коммутатора 18 и возникновения короткого замыкания (Кя О) линия 16 формирования пере- заряжается отрицательно (полярность указана на фиг. 1) до уровня напря жения -П (фиг. 2 е). В этом случае линия 16 формирования может разря-жаться через зарядный диод 15 и параллельно соединенные цепи: обмотку индуктивного накопителя 13, а также 45 последовательно соединенные датчик 12 тока, защитный конденсатор 11, резистор 9, накопительный конденсатор 3. Процесс носит колебательный характер и через половину периода в момент времени е (фиг,2 е) напряжение на линии 16 формирования становится положительным и приблизительно равным.П( . Во время протекания процесса переэаряда емкости линии 16 формирования в интервал времени г.- Сэ (фиг. 2 д) на обмотке индуктивного накопителя 13 создается падение напряжения (полярность указана на149598610фиг. 1), препятствующее протеканиютока через зарядный коммутатор в случае подачи импульса на его управляющий электрод.После окончания процесса иерезаряда линии формирования и подачизапускающего импульса в момент времени сз (фиг. 2 а) на управляющийэлектрод зарядного коммутатора 10 вследующий цикл заряда процессы в модуляторе протекают точно так же, каки в предыдущем случае возникновенияаварийного режима, когда К- сои линияформирования не разряжается (фиг.2 е),(При увеличении тока ьэ в индуктивном накопителе 13 (момент времени г. Фиг.2) во время его зарядасверх допустимого уровня, вызванного,например, изменением порога срабатывания первого порогового блока 5 приодновременном увеличении уровня напряжения питания, ток через индуктивный накопитель может возрасти в 510 раз, что приведет к возрастаниюв индуктивном накопителе энергии в25-100 раз превышающей энергию, .заиасаемую в нем в рабочем режиме. Возникновение такого аварийного режимав модуляторе приводит к неизбежномувыходу из строя его элементов. Поэтому, чтобы исключить возникновениеуказанного аварийного режима в устройстве защиты предусмотрено ограничение времени нахождения зарядногокоммутатора в открытом состоянии посредством применения подмодулятора сфиксированной максимальной длительностью импульса, равной Тз (фиг.2 б,момент времени с ,), благодаря которой ток , не должен превышать допус тимого значения 1 13 Ао(В случае, если ток в индуктивномнакопителе превысит допустимое значение 1 з о (пунктир на фиг.2 г) завремя меньыее, чем Тз, то при достижении аварийно допустимого значениятока 1 13 Дог в момент времени Е 1 Ффиг, 2 г) происходит разрыв цепи запуска зарядного коммутатора 10 путемвыключения коммутатора 20 отключениямодулятора. Данная операция производится сигналом с выхода блока 19 аварийного отключения при условии, еслина его второй вход подается импульсс выхода третьего порогового блока 24.Уровень напряжения П, з (фиг.2 ж) порога срабатывания третьего порогового блока 24 устанавливается таким,95986 10 15 20 11 14чтобы пороговый блок срабатывал присигнале, снимаемом с датчика 12 тока,который соответствует аварийно до 1пустимому току х 1,, через зарядный коммутатор, превышение которого выводит последний из строя, Благо 1даря данной защите устраняются возможные перенапряжения в модуляторе, ф вызванные эапасениеи избыточной энергии,в промежуточном индуктивном накопителе, и осуществляется защитазарядного коммутатора по току.В случае потери зарядным коммутатором вентильных и управляющихсвойств (короткое замыкание в коммутаторе) функцию защиты модулятора выполняет плавкий предохранитель 1.В данном случае его сгорание неизбежно, так как при этом источник питания оказывается нагруженным на малой величине. Активное сопрртивлениев основном определяется активнымсопротивлением подводящих проводов,сопротивлением датчика 12 тока и сопротивлением 29 обмоток индуктивногонакопителя, При отключении источникапостоянного напряжения накопительныйконденсатор 3 разряжается через зарядный коммутатор и индуктивный накопитель, а после разряда последнеготок индуктивного накопителя замыкается через защитный диод 4, При этомэнергия, запасенная в индуктивномнакопителе, выделяется на активномсопротивлении указанных элементовзарядной цепи и внутреннем сопротивлении защитного диода. Благодаря применению защитного диода устраняютсяперенапряжения в цепях модулятора,которые возникают при сгорании плавкого предохранителя за счет запасенной энергии в индуктивном накопителе.Рассмотренное устройство защитыимпульсного модулятора с промежуточным накопителем энергии, кроме быстродействия, определяемого электронной скоростью выключения коммутатора 20, отключения модулятора, и высокой надежности, которая достигаетсяне только применением защиты модулятора по отбираемому от источника питания току, но и применением защитыпо напряжению на зарядном коммутаторе, позволяет достаточно быстро отыскать неисправность в модуляторе, чтодостигается благодаря использованиюснимаемых с выхода второго и третье"го пороговых блоков сигналов в систе 25 30 35,40 45 50 55 ме контроля аппаратуры, в которойприменяется предлагаеиьш модулятор.Так появление сигнала на выходе третьего порогового блока свидетельствует о неисправности зарядного коммутатора и цепей его управления, появление сигнала на выходе второго порогового блока свидетельствует о том,что неисправен коммутатор модулятора, а возникновение при этом напряжения на индуктивном накопителе с полярностью (фиг. 1) сигнализирует отои, что в генераторе СВЧ имеют местоискрения, Точно также может быть использована сигнализация о сгоранииплавкого предохранителя, свидетельствующая о том, что данная неисправность с большой степенью вероятностивызвана выходом из строя зарядногокоммутатора.формула изобретения Импульсньй модуляторсодержащий источник постоянного напряжения, зарядный блок, включающий в себя зарядньй коммутатор, датчик тока, включенный в силовую шину импульсного модулятора, и индуктивный накопитель, выводы которого соединены с выходными выводами зарядного блока, формирователь выходных импульсов, входными выводами подключенный к выходным выводам зарядного блока и включаощий в себя зарядный диод, включенный в силовую шину импульсного модулятора и соединенный с линией формирования выходных импульсов, включенной между силовыми шинами импульсного модулятора, и коммутатор, причем коммутатор и выводы для подключения нагрузки включены в последовательную цепочку, подключенную параллельно линии формирования выходных импульсов, генератор запускающих импульсов, выходом подключенный к входу элемента задержки, выходом подключенного к управляющему входу ком" мутатора подмодулятор один вход которого подключен к выходу генератора запускающих импульсов, другой вход подмодулятора через первый пороговый блок подключен к выходу датчика тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия отключения импульсного модулятора, в него введены плавкий предохранитель, накопительный конденсатор, защитный диод, датчик напряжения, второй н третий пороговые блоки, 1495986 14блок аварийного отключения и коммутатор отключения импульсного,модулятора, а в зарядный блок введены диод, резистор и защитный конденсатор, при 5 чем в зарядном блоке защитный конденсатор и резистор включены в последовательную цепочку, подключенную параллельно зарядному коммутатору, а диод включен параллельно резисто ру анодом к аноду зарядного коммутатора, плавкий предохранительвключен между входом источника постоянного напряжения и выводом для подключения сети, защитный диод под ключен к входным выводам зарядного блока и включен параллельно накопительному конденсатору, подключенному в непроводящем по току направлениипараллельно выходным выводам источника постоянного напряжения, датчикнапряжения вхоцом подключен параллельно защитному конденсатору, а вы-.ходом через второй пороговый блокподключен к первому входу блока аварийного отключения, выходом подключенного к управляющему входу коммутатора отключения импульсного модулятора, выход датчика. тока через третий пороговый блок подключен к второму входу блока. аварийного отключения,при этом выход подмодулятора соединенс управляющим входом зарядного коммутатора через коммутатор отключенияимпульсного модулятора.1495986 Составитель О.МещеряковаРедактор И.Шулла Техред Л.Олийнык Корре М. Марони Ороизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород Гагарина,)Заказ 4286/5 б ВВИПИ Госуда Тираж 884енного комитета по изоб 13035, Москва, Ж, Ра Подписноетениям и открытиям при ГКНТ СССРская наб., д. 4/5