Устройство для стабилизации импульсного тока нагрузки

 

Изобретение может быть использовано для получения мощных электрических импульсов тока со стабильной , амплитудой, преимущественно в импульснык передатчиках СВЧ или в установках для ускорения заряженных частиц . Цель изобретения - уменьшение искажения формы выходных импульсов достигается за счет сокращения длительности среза выходных импульсов и минимального интервала между ними. Для этого в устройство дополнительно введены RS-триггер 40, истоковый повторитель 41, усилитель 42 мощности, дополнительные диоды 43, 44 и 45 и конденсаторы 46 и 47. Кроме того, устройство содержит импульсный модулятор 1 с частичным разрядом накопительного конденсатора 2 через электронную лампу 3, нагрузку магнетрон 6, усилитель на транзисторе 7, первЬй импульсный трансформатор 9 с обмотками 10 и II, транзисторы 12, 24 и 26, усилитель 22 постоянного тока, выполненный, например, в виде операционного усилителя, второй импульсный трансформатор 29, генератор 35 запускающих импульсов, выполненный, например, по схеме блокинг-генератора, линию задержки 36, диоды, конденсаторы и резисторы, показанные на чертеже. 1 ил. О) Й « со СП К 4 INO

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5 I ) 4 С 05 F 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2I) 4038302/24-21 (22) 18.03.86 (46) 15.11.87. Бюл. № 42 (72) Л.Н. Вересов, И.И. Горелов и В.С. Уманский (53) 621.3!8(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 547746, кл. G 05 F 1/56, 25.02.77.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1092478, кл. G 05 F 1/56, 15.05.84. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ИМПУЛЬСНОГО ТОКА НАГРУЗКИ (57) Изобретение может быть использовано для получения мощных электрических импульсов тока со стабильной, амплитудой, преимущественно в импульсных передатчиках СВЧ или в установках для ускорения заряженных частиц. Цель изобретения — уменьшение искажения формы выходных импульсов достигается за счет сокращения длительности среза выходных импульсов и

„„SU„„1352472 А 1 минимального интервала между ними.

Для этого в устройство дополнительно введены RS-триггер 40, истоковый повторитель 41, усилитель 42 мощности, дополнительные диоды 43, 44 и 45 и конденсаторы 46 и 47. Кроме того, устройство содержит импульсный модулятор 1 с частичным разрядом накопительного конденсатора 2 через электронную лампу 3, нагрузку магнетрон 6, усилитель на транзисторе 7, первый импульсный трансформатор 9 с обмотками 10 и 11, транзисторы 12, 24 и

26, усилитель 22 постоянного тока, выполненный, например, в виде операционного усилителя, второй импульсный трансформатор 29, генератор 35 запускающих импульсов, выполненный, например, по схеме блокинг-генератора, линию задержки 36, диоды, конденсаторы и резисторы, показанные на чертеже. 1 ил.

1352472

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для получения мощных электрических импульсов тока со стабильной амплитудой, преимущественно в импульсных передатчиках СВЧ или в установках для ускорения заряженных частиц.

Целью изобретения является умень- 10 шение искажения формы выходных импульсов за счет сокращения длительности среза выходных импульсов и минимального интервала между ними.

На чертеже приведена принципиаль- 15 ная схема устройства для стабилизации импульсного тока нагрузки.

Устройство для стабилизации им— пульсного тока нагрузки содержит импульсный модулятор 1 с частичным 20 разрядом накопительного конденсатора 2 через электронную лампу 3, например, триод с защитной сеткой, причем заряд конденсатора 2 осуществляется через резисторы 4,5 от 25 источника с напряжением E о, а нагрузка 6, например магнетрон, подключена к выходу модулятора (параллельно резистору 5), усилительный элемент 7, первый электрод которого (коллектор 30 транзистора ) через соединенные после— довательно конденсатор 8 и первый импульсный трансформатор 9 (обмотку !

О) соединен с общей шиной, кроме того, первый импульсный трансформатор 9 имеет вторичную обмотку Il, при этом к общей шине подключены эмиттер первого транзистора 12, анод первого стабилитрона 13, катод второго стабилитрона 14 и первая обклад- 40 ка первого конденсатора 15, а балластный 16 и нагрузочный 17. резисторы включены последовательно между первым электродом усилительного элемента 7 (коллектором транзистора ) и 45 положительным полюсом первого источника питания Е „, выводы соединенных между собой балластного и нагрузочного резисторов 16, .17 подключены непосредственно к катоду первого 50 диода 18, через второй конденсатор 19 подключены к общей шине и через делитель 20 напряжения — к отрицатель ному полюсу источника 21 опорного напряжения, а выход делителя 20 напряжения через включенные последовательно усилитель 22. постоянного тока и второй диод 23 подключен к соединенным между собой коллектору второro транзистора 24 и базе первого транзистора 12, коллектор которого соединен с вторым электродом усилительного элемента 7 (эмиттером транзистора), а между базой и эмиттером первого транзистора 12 включен первый резистор 25, первый вывод вторичной обмотки 11 .первого импульсного трансформатора 9 соединен с коллектором третьего транзистора 26, анодом первого диода 18 и управляющим входом импульсного модулятора 1 (сеткой лампы 3), к которому через второй резистор 27 подключены отрицательный полюс второго источника питания — Е и эмиттер третьего тран2 зистора 26, а второй вывод обмотки

ll соединен с анодом второго стабилитрона 14, параллельно которому подключен третий конденсатор 28, второй импульсный трансформатор 29, первая 30 и вторая 21 обмотка которого включены параллельно база-эмиттерным переходам соответственно транзисторов 24 и 26, к катоду перовго диода 18 присоединены третий 32 и четвертый 33 резисторы, включенные последовательно, причем параллельно четвертому резистору 33 включен коиденсатор 34, а также содержится генератор 35 импульсов запуска, элемент

36 задержки, третий стабилитрон 37, пятый 38 и шестой 39 резисторы, причем в устройство введены RS-триггер

40, истоковый повторитель 41, усилитель 42 мощности, дополнительные диоды 43-45 и дополнительные конедсаторы 46, 47 причем, второй резистор 27 снабжен дополнительным выводом 48, а второй трансформатор 29 снабжен третьей обмоткой 49, которая через усилитель 42 мощности подключена к соединенным между собой R-входу RSтриггера 40 и выходу элемента 36 задержки, выводы соединенных между собой резисторов 32, 33 подключены к катоду третьего стабилитрона 37 и второй обкладке первого конденсатора 15, к которой через четвертый резистор 33 подключен управляющий электрод усилительного элемента 7 (база транзистора), а пятый резистор 38 включен между эмиттером второго транзистора 24 и отрицательным полюсом источника 21 опорного напряжения, резистор 39 включен между анодом первого дополнительного диода 43 и анодом стабилитрона 37, при этом

1352472 анод диода 43 через первый дополнительный конденсатор 46 соединен с базой транзистора 12, к коллектору которого присоединен катод первого с дополнительного диода 43, а выход генератора 35 импульсов запуска подключен к соединен между собой S-входу RS-триггера 40 и входу элемента

36 задержки, выход RS-триггера 40 ",0 через истоковый повторитель 41 соединен с базой транзистора 12, катод стабилитрона 37 соединен с катодом второго дополнительного диода 44, анод которого соединен с управляющим 15 входом усилительного элемента 7, дополнительный вывод 48 резистора 27 соединен непосредственно с анодом третьего дополнительного диода 45 и через второй дополнительный конденса- 20 тор 47 подключен к базе транзистора

26, коллектор которого соединен с катодом диода 45.

Элемент 36 задержки может быть выполнен, например, в виде обычной искусственной линии задержки. Генератор 35 импульсов запуска может быть выполнен, например, в виде блокинг-генератора. Усилитель 22 постоянного тока может быть выполнен 30 на основе операционного усилителя.

Устройство для стабилизации импульсного тока нагрузки работает следующим образом.

8 интервалах между импульсами конденсатор 2 заряжается через последовательно соединенные резисторы 4, 5 от источника с напряжением Е,. Электронная лампа 3 в это время заперта стабильным отрицательным напряжением смещения E, равным напряжению

14 стабилизации стабилитрона 14. Ток стабилитрона 14 протекает от источни ка с напряжением — E> через резистор

27 и обмотки 11 трансформатора 9.

Транзистор 26 и диод 18 при этом заперты. Напряжение Е на управляющем входе усилительного элемента 7 в это время примерно равно падению напряжения на стабилитронах 13 и 37, включенных последовательно. Ток через эти стабилитроны протекает от источника с напряжением Е„ через резисторы 16 и 32. Конденсатор 46 заряжается до напряжения Е „ Равного напря- 55 жению стабилизации стабилитрона 13.

Диод 43 заперт, так как напряжение на его катоде, примерно равное E 1, превышает напряжение Е, íà его катоде. Транзисторы 7 и !2 находятся в активном режиме, через них протекает весьма малый ток (см. далее). Диоды 44, 45 тоже заперты. Конденсатор 47 заряжается до некоторого напряжения Е4„=К (Е -Е „,), где К 1 коэффициент деления делителя напряжения, образованного резистором 27 с дополнительным выводом 48. Конденсатор 8 заряжается через резистор

17 и обмотку 10 до напряжения Е, существующего на конденсаторе 19.

При поступлении очередного положительного импульса запуска Е1 от генератора 35 на вход S RS-триггера

40 он устанавливается в состояние 1"; на его выходе формируется импульс, который через истоковый повторитель 41 поступает на базу транзистора 12. Транзисторы 12 и 7 отпираются, а диод 44 запирается, при этом под действием форсирующей RSцепочки из элементов 33 и 34 отпирание транзистора 7 происходит ускоренно, что способствует формированию фронта с уменьшенной длительностью.

На обмотке 10 трансформатора 9 формируется отрицательный импульс в результате частичного разряда конденсатора 8. Этот импульс инвертируется в трансформаторе 9 и поступает на сетку лампы 3 в виде импульса превышения. Импульс превышения ограничивается по амплитуде на уровне напряжения Е„, существующего на конденсаторе 19 благодаря отпиранию диода 18 (трансформатор 9 — повышающий). Диод 23 обеспечивает развязку выхода усилителя 22 в моменты .подачи импульсов запуска от выхода истокового повторителя 4! на базу транзистора 12.

B процессе отпирания транзистора

12 напряжение на его коллекторе уменьшается от величины Е„, примерно равной !/2 E 1ä, до напряжения E „3 поскольку в этот момент диод 43 отпирается (фиг. Зз) . Конденсатор 46 при этом начинает разряжаться через диод

43, транзистор 12 и резистор 25. При этом на резисторе 25 образуется падение напряжения Е 4, имеющее полярность, противоположную полярности импульса запуска Е „ . Это приводит к уменьшению базового тока транзистора 1.2 и, соответственно, к уменьшению степени насыщения транзистора

12 во время вершины импульсов, 1352472

Таким образом,, через диод 43, конденсатор 46 и резистор 25 замыкается цепь нелинейной обратной связи, способствующей ускоренному выключению транзистора !2 после окончания

5 импульса.

При отпирании транзисторов 7 и

12 на время импульса Е, происходит намагничивание магнитопровода трансформатора 9 линейно нарастающим током I, в положительном направлении. При отпирании электронной лампы

3 импульсом Е =Е через нее про3 19 исходит частичный разряд конденсатора 2 и через нагрузку 6 протекает выходной импульс тока

В момент Т, соответствующий окончанию импульса, на выходе элемента

36 задержки появляется импульс сброса, который поступает Hà R-вход

RS-триггера 40 и устанавливает его в состояние "0". В результате импульс

Е, на базе транзистора 12 заканчивается. Одновременно импульс сброса 25 усиливается усилителем 42 и поступает на базы транзисторов 24 и 26 через трансформатор 29. Через транзистор

24 и резистор 38 на базу транзистора

12 от источника 21 поступает отрицательный импульс Е . В первый момент после запирания транзистора 12 транзистор 7 остается еще открытым и потенциал на его коллекторе стремится увеличиться до Е,, однако этому препятствует отпиранйе диода 44. В ре35 зультате при переходном процессе (формирование среза импульса) емкость коллектор — эмиттер у транзистора 7 заряжается через диод 44. Ток 40 заряда протекает через эмиттерно-базовый переход транзистора 7 в обратном направлении, что содействует ускоренному запиранию этого транзистора. Коллектор транзистора 12 при этом защищается от перенапряжений.

Благодаря этому в сочетании с описанным выше действием нелинейной обратной связи происходит ускоренное .запирание транзистора 12 и прекращение тока через него. Так, при отсутствии импульсов Е отрицательной полярности и отсутствии цепи линейной обратной связи (элементы 43, 46 и 25) время выключения транзистора 12 достигает 0,6-0,8 мкм в зависимости от тока его коллектора. Наличие импульса Е „ и цепи обратной связи уменьшает это время до 0,3 мкм и менее. Отпирание транзистора 26 (одновременно с отпиранием транзистора 24) обеспечивает ускоренный разряд паразитной емкости цепи сетки лампы 3, что дает дополнительное сокращение длительности среза импульсов Ез. При этом исключается "перекрытие" импульсов

Е„, и E, (случай, когда импульс Е, еще не закончился, а импульс сброса

Е уже поступил). Такое перекрытие, которое может. иметь место в прототипе, как уже отмечалось, приводит к увеличению длительности среза импульсов.

Применение истокового повторителя

4l и усилителя 42 мощности на полевом транзисторе позволяет избавиться от влияния явлений рассасывания неосновных носителей заряда, которые в полевых транзисторах практически не имебт места. Этим также предотвращается отмеченное выше явление "перекрытия" импульсов.

В истоковом повторителе целесообразно использование МОП-транзисторов с обогащением — они заперты при нулевом напряжении на затворе.

При отпирании транзистора 26 к обмотке 11 на время импульса сброса

Е прикладывается импульс напряжения с амплитудой E -E Этот импульс. аналогично прототипу вызывает протекание тока перемагничивания I, направленного противоположно предшествующему импульсу Т . В результате к моменту окончания импульса сброса Е значение магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора 9 возвращается к исходному значению.

Оно определяется постоянной составляющей тока I 9 от источника — Е, протекающего через обмотку 11. При отпирании транзистора 26 потенциал .

его коллектора не может быть меньшим, чем нарпяжение Е,, существующее на конденсаторе 47, так как диод

45 отпирается. Конденсатор 47 разряжается частично через диод 45, тран- . зистор 26 и обмотку 31. Ток разряда направлен навстречу току базы транзистора 26, что аналогично описанному выше уменьшает степень насыщения транзистора 26. В результате после окончания импульса сброса E 92 транзистор ускоренно выключается. Интервал между импульсами кодовой группы может быть предельно уменьшен.

1352472

Стабилизация импульсного тока нагрузки достигается путем выбора недонапряженного режима работы лампы 3, характеризующегося большой величиной динамического сопротивления К ламз пы 3, при этом R>»R, где К вЂ” сопротивление нагрузки 6. Необходимая стабильность напряжения превышения

Е на сетке лампы 3 аналогично про3 тотипу достигается путем поддержания постоянства напряжения E на конденсаторе 19. Это напряжение определяет уровень ограничения амплитуды импульсов превышения Е . Для это9 . го напряжение, пропорциональное E „,, сравнивается с помощью делителя 20 с опорным напряжением источника 21.

Полученный сигнал ошибки после усиления в усилителе 22 постоянного тока поступает через диод 23 на базу транзистора 12. Если напряжение Е, под действием дестабилизирующих факторов стремится возрасти, то транзисторы

12 и 7 приоткрываются под действием сигнала ошибки. Падение напряжения на балластном резисторе 16 увеличивается до тех пор, пока напряжение

Е„ не станет вновь равным заданному.

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается сокращение длительности среза выходных импульсов и мин:;мального интервала между ними, следовательно, достигается уменьшение искажений формы импульсов кодовой группы. формула изобретения

Устройство для стабилизации импульсного тока нагрузки, содержащее импульсный модулятор с частичным разрядом накопительного конденсатора через электронную лампу, выход которого подключен к нагрузке, усилительный элемент, например транзистор, первый электрод которого (коллектор) через включенные последовательно разделительный конденсатор и первичную обмотку первого импульсного трансформатора соединен с общей шиной, к которой подключены эмиттер первого транзистора, анод первого стабилитрона, катод второго стабилитрона и первая обкладка первого конденсатора, содержащее также балластный и нагрузочный резисторы, включенные последовательно .между первым электродом усилительного элемента и положительным полюсом первого источника питания, выводы соединенных между собой балластного и нагрузочного резисторов подключены непосредственно к катоду первого диода, через второй конденсатор к общей шине и через делитель напряжения к отрицательному полюсу источника опорного напряжения, а выход делителя напряжения через включенные последовательно усилитель постоянного тока и второй диод подключен к соединенным между собой коллектору, второго транзистора и базе первого транзистора, коллектор которого соединен с вторым электродом усилительного элемента (эмиттером), между эмиттером и базой первого транзистора включен первый резистор, первый вывод вторичной обмотки первого импульсного трансформатора соединен с коллектором третьего транзистора, анодом первого диода и управляющим входом импульсного модулятора, к которому через второй резистор подключены отрицательный полюс второго источника питания и эмиттер третьего транзистора, а второй вывод вторичной обмотки первого трансформатора соединен с анодом второго стабилитрона, параллельно которому подключен третий конденсатор, второй импулЬсный трансформатор, первая и вторая обмотки которого включены параллельно база-эмиттерным переходам второго и третьего транзисторов соответственно, а к катоду первого диода присоединены третий и четвертый резисторы, включенные последовательно, четвертый конденсатор, включенный параллельно четвертому резистору, а также содержащее генератор импульсов запуска, элемент задержки, третий стабилитрон, пятый и шестой резисторы, о т л,и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения искажения формы выходных импульсов за счет сокращения длительности среза выходных импульсов и минимального интервала между ними, в него введены RH-триггер, истоковый повторитель, усилитель мощности, дополнительные три

?0

?5

:у

3!)

4()

":7

50 диода и два конденсатора, причем второй резистор снабжен дополнительным выводом, а второй импульсный трансформатор — третьеч обмоткой, которая через усилитель мощности подключена к R-входу RS-триггера и выходу злемента задержки; выводы соединенных

1352472

Составитель Н. Маркин

Редактор M. Циткина Техред М.Ходанич Корректор В. Бутяга

Заказ 5566/48 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое преДприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 между собой третьего и четвертого резисторов подключены к катоду третьего стабилитрона и к второй обкладке первого конденсатора, к которой через четвертый резистор подключен

5 управляющий электрод усилительного элемента, пятый резистор включен между эмиттером второго транзистора и отрицательным полюсом источника опорного напряжения, шестой резистор включен между анодом первого дополнительного диода и соединенными между собой катодом первого стабилитрона и анодом третьего стабилитрона; анод первого дополнительного диода через первый дополнительный конденсатор соединен с базой первого транзистора, к коллектору которого присоединен катод первого дополнительного диода; выход генератора .импульсов запуска подключен к соединенным между собой

S-входу RS-триггера и входу элемента задержки; при этом выход RS-триггера через истоковый повторитель соединен с базой первого транзистора, а катод третьего стабилитрона соединен с катодом второго дополнительного диода, анод которого подключен к управляющему входу усилительного элемента, дополнительный вывод второго резистора соединен непосредственно с анодом третьего дополнительного диода и через второй дополнительный конденсатор подключен к базе третьего транзистора,коллекторкоторого соединенс катодом третьегодополнительного диода.