Генератор импульсов “альбатрос

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 951658(51), К, . Н 03 К 3/02 Гевудареткнный квинтет СССР до делаю хэобретеннй и еткрытвй(54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ "АЛЬБАТРОС" 1Изобретение относится к импульс. ной технике и может использоваться для питания электро- и радиотехнических устрановок различного назначения. Известен генератор импульсов, питаемый от сети переменного тока и содержащий накопительный конденсатор разряжаемый через коммутатор нанагрузку 11.Однако цастота этого генератора сравнительно невысока.Известен также генератор импульсов, содержащий электрический мост, в двух смежных плечах которого включены диоды, общая точка диодов подключена к одному выводу источника питания, а в двух других смежных плечах моста Включены последователь но соединенные конденсаторы и первичные обмотки трансформаторов, общая точка которых соединена с другим выводом источника питания ( 2 1. 2Частота данного генератора такженевысока.Цель изобретения - повышение частоты следования импульсов,Для достижения цели в генератореимпульсов, содержащем, по-крайнеймере, один электрический мост, вдвух смежных плечах которого включены диоды, общая точка диодов подключена к одному выводу источникапитания, а в двух других смежныхплечах моста включены последовательно соединенные конденсаторы и первичные обмотки трансформаторов общаяточка которых соединена с другим выводом источника питания, параллельнодиодам смежных плеч моста включенэлемент с отрицательным динамическим сопротивлением.2 в В качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использован тиристор, блок управлениякоторым, а также последовательно сое.диненные нагрузка, вторичная обмот 951658ка трансформатора и дополнительный конденсатор подключены параллельно1диодам смежных плеч моста, обмотка подмагничивания трансформатора под 4 ключена к промежуточному потребите лю энергии.В качестве элемента с. отрицательным динамическим сопротивлением использован искродуговой промежуток, параллельно которому включены 1 О последовательно соединенные вторичная обмотка трансформатора и промежуточный потребитель энергии.В качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением ис пользована люминесцентная пампа с токопроводящей полосой, в цепь люминесцентной лампы включены вторичная обмотка трансформатора и дроссель, токопроводящая полоса соедине. на с общей точкой конденсаторов мос. та, параллельно лампе, последовательно с ее электродами, включен опорый диод.На фиг. 1 представлена электричес кая схема предлагаемого генератора импульсов, когда в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использован тиристор, на фиг. 2 - интервалы работы генератора; на фиг. 3 - графики напряжения, где а - график питающего ; напряжения, б и 5 - на конденсаторах моста, 7. - на тиристоре, О - на нагрузке генерато ра, Ю - на выходе генератора при35 холостом ходе; на фиг, 4 и 5 - электрические схемы генератора, когда в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использованы соответственно дуговой промежуток и люминесцентная лампа.4 ОГенератор электрических импульсов (см; фиг. 1) получает питание через зажимы входной диагонали моста и содержит в двух смежных плечах. с моста диоды 1 и 2, в двух других смежных плечах моста размещены первичная обмотка,3, конденсатор 4 и соответственно конденсатор 5 и пер 1. вичная обмотка 6 трансформатора 7, нагрузка 8, вторичная обмотка 9 и дополнительный конденсатор 10 соединены последовательно и включены на выходную диагональ моста О -д, обмотка 11 подмагничивания трансформатора замкнута на промежуточный по требитель электроэнергии, например конденсатор 12, и электрически не связана с остальной частью схемы, а на выходную диагональ моста включен тиристор 13, получающий импульсы управления через диод 14 от блока управления из резистора 15 (регулируемого) и конденсатора 16, соединенных последовательно и включенных на выходную диагональ моста.На фиг. 2 показаны интервалы работы генератора электрических импульсов применительно к упрощенной схеме, в которой все вторичные обмотки приведены к одной обмотке, а элементы нагрузки объединены в одно активное сопротивление, причем указаны только те цепи генератора, в которых проходит ток. Интервалы работы генератора даны только для одного периода высокочастотных колебаний.На фиг. 3 а. показан характер изменения напряжения на входе генератора в виде функции напряжения с постоянной скоростью его изменения во времени в пределах полупериода. Такая функция входного напряженияобеспечивает непрерывность действия генератора электрических импульсов. Как показано на фиг. 3 Ди 3,первый полупериод нарастающего изменения внешнего напряжения на конденсаторе 4 происходит , непрерывный процесс изменения напряжения, а на конденсаторе 5 напряжение изменяется только в течение небольших промежутков времени, имеет интервалы неизменного значения и многократно повторяет такой же характер своего изменения эа весь .полупериод внешнего источника. Во второй полупериод характер изменения напряжений на конденсаторах взаимно меняется. Напряжение на выходной диагонали моста (фиг, 3 ) и напряжение на нагрузке 8 генератора (фиг, 3 д) имеют при неизменной нагрузке непрерывный высокочастотный характер периодических релаксационных колебаний. Передний фронт изменения напряжения на нагрузке (фиг. 3 Е) имеет резко выраженный характер ступеньки изменения напряжения и, соответственно, тока.С момента включения источника питания низкой частоты происходит заряд конденсатора 4. Диод 2 в этотинтервал ( фиг, 2, 1 интервалУзакрыт, так, как на его катоде потенциал больше, чем на аноде и напряжение на конденсаторе 5 не изменяется, Зарядный .ток в конденсаторе 4 проходит через диод 1 и первичную обмотку 3 транс20 форматора 7. Состав элементов заряд-ной цепи конденсатора 4 таков, чтопри низкой частоте внешнего источника питания, характер изменениятока заряда на большей части интервала близок к постоянному току.Вследствие этого заряд конденсатора 4, а следовательно, и напряжениена нем нарастают почти линейно современем. Напряжение на выходнойдиагонали "а-д" моста в это времяравно сумме напряжений на конденсаторах 4 и 5, оно также нарастаетсо временем почти линейно, При достижении напряжения на конденсаторе 5величины, близкой к своему максимальному значению на рассматриваемом интервале, линейность изменения тока заряда конденсатора 4 нарушается. Во вторичной цепи появляется увеличивающийся по амплитудеотклонения от значения "О" вторичный ток. А в момент достижения напряжением конденсатора 4 максимальной величины, ток заряда конденсатора 4 прекращается. Диод 1 закрывается. Во всех ветвях первичнойцепи тока нет, внешний источникнапряжения отключен, а во вторичной цепи ток, достигнув своего максимального отклонения, уменьшается.При уменьшении тока во вторичнойцепи напряжение на выходной диагонали моста увеличивается и при достижении им величины уставки срабатывания тиристора 13 тиристор открывается. Величина уставки срабатывания тиристора задается блоком управления (резистор 15, конденсатор 16).При открывании тиристора 13 происходит переход генератора электрических импульсов в следующий интервал работы (фиг. 2, интервал 3.1)при этом формируется контур прямогохода колебаний тока. В состав контура прямого хода колебаний входят:тиристор 13 (элемент с отрицательнымдинамическим сопротивлением), последовательно включенные конденсаторы4, 5 и последовательно включенные50первичные обмотки 3 и 6 трансформатора 7. В предыдушем интервале конденсаторы 4, 5 и первичные обмотки 3, ббыли взаимно электрически разобщены,Вторичная цепь при переходе с интервала 1 на интервал 11 своего составане изменяет,Наличие в сформированном контурепрямого хода колебаний, элемента с ототрицательным динамическим сопротив; лением, переключение конденсаторов моста с их взаимно раздельного состояния на последовательное включение (при переходе с интервала на интервал), включение первичных обмоток на последовательную их работу (при наличии взаимной положительной связи первичных и вторичных обмоток трансформатора) приводят к тому, что в первичной цепи образуется дельта им" пульс тока. Напряжение на последовательно включенных конденсаторах 4 и5, за счет наличия дельта импульса тока в контуре прямого хода колебаний тока, изменяют свою величину ступеньками. Средняя величина напряжения обоих конденсаторов (их полусумма), равная напряжению источника питания, при этом не изменяется. В этот же момент напряжение на конденсаторе 4 уменьшается до уровня ниже среднего и одновременно напряжение на конденсаторе 5 отклоняется до уровня, большего, чем среднее значение (по абсолютной величине), Конденсаторы 4 и 5 "обмениваются" уровнями отклонения их напряжений от среднего значения с увеличением (усилением) размаха напряжения отклонения от. среднего значения. Это происходит за счет действия отрицательного динамического сопротивления тиристора и действия внутренней обратной положи. тельной связи между последовательно включенными первичными обмотками 3 и 6. В этом обмене уровнями напряжения на конденсаторах 4 и 5 принимают участие и обмотки трансформатора. При переходе работы генератора с интервала 1 на интервал 11 (Фиг, 2) первичные обмотки 3 и 6 трансформа- гора, расположенные в разных плечах моста, переключаются с раздельной их работы на последовательное соединение и между ними через вторичную обмотку устанавливается внутренняя положительнаяобратная связь по току. Эта связь приводится в действие открывающимся тиристором и между обмотками происходит обмен потокосцеплениями. Этот обмен потокосцеплениями между обмотками 3 и 6 по своему характеру аналогичен обмену зарядами между конденсатором 4 и 5. Наличие внутренней положительной обратной связи по току между обмотками 3 и б, действующей через вторичные9516 ЗО обмотки трансформатора, производитполную компенсацию активной и реактивной составляющих напряженияна обмотках 3 и 6 и обеспечиваетпрохождение импульса тока при мгновенном обмене зарядами между конденсаторами 4 и 5Таким образом, первичная цепьтрансформатора, формируя дельтаимпульс тока в контуре прямого хода 10. колебаний, фактически формирует дельта импульс мощности или ступенькиэнергии. Источниками этой энергиив данном случае являются исходнаяразница уровней энергии на конденсаторах 4 и 5, начальный запас магнитной энергии во вторичной обмоткетрансформатора и тиристор.Электростатическая энергия поляризационной полупроводниковой структуры тиристора, "разрушаясь", принуждает конденсаторы 4 и 5 обмениваться зарядами, а группы обмоток трансформатора, расположенные в разныхплечах моста, - потокосцеплениями.При этом энергия тиристора (элемента с отрицательным динамическим сопротивлением), накопленная им приформировании электростатической поляризационной структуры в периодработы генератора электрических импульсов в 1-ый интервал, мгновеннопередается не только конденсатору5, но и сердечнику трансформатора 7.Обмотка 11 подмагничивания замкнута (образуя контур возбуждения35высокой частоты) на любой элементэлектрической цепи: конденсатор,резистор дроссель. Они в этом случае обеспечивают работу генератора40электрических импульсов на его холостом ходу и управляют моментомвключения тиристора.Далее (после перехода с интервала1 на интервал 1 1) в интервале 1145начинает проходить волна тока прямого хода колебаний в первичной цепи,,изменяются напряжения на конденса,торах 4 и 5. При достижении токомтиристора 13 величины, равной нулю,тиристор закрывается. Схема переходит 50в следующий интервал работы (фиг. 2интервал Ш ), при этом формируетсяконтур обратного хода колебаний. Вего состав входят диоды 1, 2 и после"довательно включенные конденсаторы4, 5 и обмотки 3, 6. Волна обратногохода колебаний тока значительно(примерно в 2 раза) меньше по величи 58 8не амплитуды, чем волна прямого ходаколебаний тока в первичной цепи. Придостижении током обратного хода колебаний своего максимального значенияпроисходит переход работы генератора в следующий интервал (интервалЧ, фиг. 2). В этот момент происходит .подключение внешнего источникак колебательному контуру обратногохода колебаний. Диод 2 через короткий промежуток времени закрываетсяи схема переходит в 1. интервал работы. Далее процесс .формирования высокочастотных колебаний повторяетсяаналогично описанному выше. Интегральная разница прямого и обратногохода колебаний тока в конденсаторах4 и 5 обеспечивает получение колебаний напряжений на конденсаторах от,носительно их среднего значения, которое равно амплитудному значениюнапряжения источника питания моста.Взаимная связь реакция (тока) первич.ной цепи и реакции (тока) вторичнойцепи такова, что току первичной це.пи соответствует производная токавторичной цепи, а току вторичнойцепи. соответствует интеграл токапервичной цепи. Поэтому дельта функции и синусу тока первичной цеписоответствует ступенька и косинустока вторичной цепи. Сьем нагрузки у генератора электрических импульсов может быть произведен также за счет отбора энергии поляризационных потерь в диэлектрике конденсатора 10 или потерь в железетрансформатора 7.В опытном образце генератора электрических импульсов с использованиемтиристора Д 235 Г (при питании его отисточника внешнего напряжения 127 В,50 Г) получена частота импульсовсвыше 5000 Г,На фиг. 4 показана схема генератора импульсов, в которой в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использованискродуговой промежуток и котораядополнительно. содержит вторичныеобмотки 17 и 18, промежуточный потребитель энергии, например конденсатор 19, искродуговой промежуток 20. Принцип действия этого варианта генератора импульсов аналогичен изображенному на фиг, 1, В данном случае используются эрозионные свойства искродугового промежутка, при которых951658 происходят разрушения материала анода униполярными импульсами, Особенности данной. схемы состоят в том,что обмотка подмагничивания в нейсовмещена со вторичными обмотками,а нагрузка вторичной обмотки и дополнительный конденсатор совмещеныс конденсатором - промежуточным потребителем электроэнергии. В качестве промежуточного потребителя элек Отроэнергии может использоваться нетолько конденсатор, но также резисторили дроссель, или любая их комбинация. Это обеспечивает возможностьрегулирования формы импульса тока, 1 зпроходящего через искродуговой промежуток. Уставка срабатывания искродугового промежутка регулируетсяизменением параметров самого искродугового промежутка. В опытном образце генератора электрическихимпульсов по схеме фиг. 4 отмеченынезначительная эрозия катодного электрода (инструмента), при этом токкороткого замыкания меньше рабочеготока, а напряжение холостого ходаблизко к удвоенному значению ампли"туды входного питающего напряжения.На фиг. 5 показана схема генератора импульсов, в которой, в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением, использованалюминесцентная лампа 21. Число ламппроизвольно и определяется параметрами ламп и параметрами питающей сети.35В этом варианте использована однамостовая схема и один трансформаторс воздушным сердечником. Четное число первичных обмоток (равное 2) ивторичная обмотка содержат по одномувитку. Индуктивность вторичной обмотки увеличена за счет включенияв ее цепь дросселя 22. Роль промежуточного потребителя энергии выполняет сама люминесцентная лампа, Принцип работы схемы генератора импульсов по схеме фиг. 5 по своему существу аналогичен принципу работы вышеописанных схем по фиг. 1 и 4.Наличие токопроводящей полосы 2350обеспечивает поперечное воздействиена дуговой разряд. Таким образом,при наличии гродольного и поперечного воздействия на дуговой разрядво вторичной цепи моста возбуждаютсяколебания, характерные для автоколе 55бательной системы с переменными параметрами (параметрические автоколебания),10В схеме генератора импульсов сиспользованием люминесцемтной лампы(см. Фиг, 5) прямой ход колебанийтока совершается через лампу, а обратный ход колебаний - через опорный диод 24 и диоды моста, т.е. лампе предоставляется возможность восстановить свою поляризованную структуру без обратного ее зажигания, а это в точности соответствует механизму прямого и обратного хода колебаний высокой частоты в ранее описанных вариантах. В работе схемы с люминесцентной лампой проявляются такие особенности; в лампе самопроизвольно формируется внутренняя токопроводящая полоса из мелких разобщенных капелек ртути, оседающих на внутренней стороне стекла лампы под наружной токопроводящей полосой. Это формирует электрическую емкость, необходимую для четкого возбуждения и непрерывного действия высокочастотных релаксационных колебаний на;пряжения на лампе; возбуждаемые высокочастотные релаксационные колебания в зоне анода лампы передаются всей лампе и обеспечивают пуск лампы с использованием тлеющего разряда; наличие высокочастотных релаксационных колебаний в зоне анода лампы обеспечивает устранение влияния катафореза люминесцентных ламп при их питании от источника тока постоянного направления. Периодической переполюсовки лампы при этом не требуется.Таким образом, во всех приведенных образцах генератора электрических импульсов происходит один и тот же характер возбуждения высокочастотных релаксационных колебаний (автоколебательная система с параметрическим возбуждением). При прямом ходе колебаний происходит лавинообразное разрушение электростатической поляризационной структуры элементы с отрицательным динамическим сопротивлением при одновременной перестройке колебательного контура (конденсаторы моста и первичные обмотки трансформатора переключаются на последовательную работу). При обратном ходе колебаний в составе колебательного контура заменяется элемент с отрицательным динамическим сопротивлением на элемент, не имеющий отрицательного динамического сопротивления. Элемент с отрицательным динамическим сапроЗО 40 формула изобретения 11 9516 тивлением шунтируется диодами и восстанавливает свою поляризационнуюструктуру, Далее происходит повторное переключение конденсаторов и обмоток моста сначала на параллельную работу, а затем на раздельную работу. Вторичная цепь при этом не изменяет своего состава. При разрушении электростатической поляризации освобождается энергия, которая переходит в 1 О энергию магнитной поляризации и при очередном действии внешнего источника) энергия поляризации сердечников используется для накопления энергии в конденсаторе. Это создает условия 15 многократного преобразования энергии по замкнутому контуру схемы в первичных цепях генератора импульсов так, что устойчивым состояниям незас тухающих релаксационных колебаний 20 соответствует определенный потенциальный уровень,При сохранении неизменного значения полной энергии наличие многократного использования энергии в 25 ее кинетической форме приводит к тому, что потенциальная энергия сис,темы повышается, Поэтому высокочастотные колебания тока и напряже" ния (энергии) во всех схемах как в первичной, так и во вторичных цепях совершаются на определенном потенциальном уровне. Это создает условия для повышения КПД, Характер импульсов колебаний у генератора электрических импульсов зависит от многих переменных и постоянных параметров схемы, что расширяет возможности его использования. 12саторы и первичные обмотки трансформаторов, общая точка которых соединена с другим выводом источника питания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения частоты следования импульсов, параллельно диодам смежных плеч моста включен элемент с отрицательным динамическим сопротивлением.2. Генератор по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что в качестве элеменТа с отрицательным динамическим сопротивлением использован тиристор, блок управления которым, а также последовательно соединенные нагрузка, вторичная обмотка трансформатора и дополнительный конденсатор подключены параллельно диодам смежных плеч моста, обмотка подмагничивания трансформатора подключена к промежуточному потребителю энергии.3. Генератор по и. 1, о т л и- и а ю щ и й с я тем, что в качестве элемента с отрицательным динамииеским сопротивлением использован Искродуговой промежуток, параллельно которому включены последовательно соединенные вторичная обмотка трансформатора и промежуточный потребитель энергии.4, Генератор по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использована люминесцентная лампа с токопроводящой полосой, в цепь люминесцентной лампы включены вторичная обмотка трансформатора и дроссель, токопроводящая полоса соединена с общей точкой конденсаторов моста, параллельно лампе, последовательно с ее электродами, включен опорный диод.50 1. Генератор импульсов, содержащий по крайней мере, один электрический мост, в двух смежных плечах которого включены дибды, общая точка диодов подключена к одному выводу источника питания, а в двух других смежных плечах моста включены последовательно соединенные конденИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРй 287110, кл. К 03 К 3/352 1969.2, Авторское свидетельство СССРй 47945, кл, Н 02 М 5/16, 1972прототип),