Генератор импульсного напряжения

 

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в радиопередающих и преобразовательных устройствах. Цель изобретения - повышение стаильности выходного напряжения. Для достижения цели в устройство, содержащее широтно-импульсный модулятор 1, фильтр 2 нижних частот, двухтактный ключевой генератор 3, введены весовой сумматор 4, фильтр 5 нижних частот и диодно-резистивный сумматор 6. На выходе диодно-резистивного сумматора 6 выделяется напряжение U ост, равное напряжению на открытых транзисторах в двухтактном ключевом генераторе 3. Обратная связь через фильтр 5 и весовой сумматор 4 обеспечивает компенсацию изменений U ост, возникающих из-за различных причин. Тем самым существенно повышается стабильность амплитуды выходного напряжения. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК (19 (И) А1 (р) Н 03 Ь 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPH ГКНТ СССР. (21) 4425498/24-21 (22) 16.05.88 (46) 30.09.90. Нюл. К 36 (72) А.А.Алексанян, В.А. Александров, В.A. Галахов и В.А. Майоров (53) 621.374(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 519838, кл. Н 03 Ь 1/00, 1973.

Патент США У 4008427, кл. Н 02 М 7/537, 1977. (54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в радиопередающих и преобразовательнЫх устройствах. 11ель изобретения— повышение стабильности выходного.нап2 ряжения. Для достижения цели в устройство, содержащее широтно-импульсный модулятор 1, фильтр 2 нижних частот, двухтактный ключевой генератор 3, введены весовой сумматор 4, фильтр 5 нижних частот и диодно-реэистивный сумматор 6. На выходе диодно-резистивного сумматора 6 выделяется напряжение U равное напряжению на от04r крытых транзисторах в двухтактном ключевом генераторе 3. Обратная связь через фильтр 5 и весовой сумматор 4 обеспечивает компенсацию изменений

ocr > возникающих иэ-за различных причин, Тем самым существенно превышается стабильность амплитуды выходного напряжения, 2 ил, г д !

1596457

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в радиопередающих и преобразовательных устройствах.

Цель изобретения — повышение стабильности выходного напряжения.

На фиг. 1 приведена структурная схема генератора; на фиг, 2 - временные диаграммы. t0

Генератор содержит последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор 1., первый фильтр 2 нижних частот и двухтактный ключевой генератор 3, а также весовой сумматор 4, второй фильтр 5 нижних частот, диодно-реэистивный сумматор 6, входную шину 7, первую и вторую выходные шины 8, 9, соединенные соответственно с первым и вторым выходами двухтактно- 2О

ro ключевого генератора 3 и соответственно с первым и вторым диодными входами диодно-реэистивного сумматора

6, резистивный вход которого соединен с выходом первого фильтра 2, а 25 выход —. с входом второго фильтра 5.

Входная шина 7 соединена с первым входом весового сумматора 4, второй вход которого соединен с выходом второго фильтра 5, а выход — с входом широтно-импульсного модулятора 1, вход обратной связи которого соединен с выходом первого фильтра 2. Двухтактный ключевой генератор 3 содержит задающий генератор 10,прямой и инверс-З5 ный выходы которого соединены с базами первого и второго транзисторов 11, 12 соответственно, эмиттеры которых соединены с общей шиной, а коллекторы являются соответственно первым и вто- 40 рым выкодами двухтактного ключевого генератора 3 и соединены с крайними выводами первичной обмотки трнасформатора 13, средний. вывод которой является входом двухтактного ключевого 45 генератора 3.

Весовой сумматор 4 содержит, с первого по третий резисторы 14 — 16, первые выводы которых объединены и образуют выход. весового сумматора 4, вторые выводы первого и второго резисторов 14, 15 являются соответственно первым и вторым входами весового сумматора 4, а второй вывод третьего

55 резистора 16 соединен с .общей шиной.

Диодно-резистивный сумматор 6 содержит первый и второй р езис торы 1 7, 18, первый и второй диоды 19, 20, катоды которых являются первым и вторым диодными входами диодно-резистивного сумматора 6, а аноды объединены с первыми выводами первого и второго резисторов 17, 18 и образуют выход диодно-резистивного сумматора 6, реэисторным входом которого является второй вывод первого резистора 17, а второй вывод второго резистора 18 соединен с общей шиной.

Широтно-импульсный модулятор 1 предназначен для формирования мощных импульсов напряжения, относительная длительность которыХ пропорциональна входному сигналу (с учетом сигнала обратной связи). Он может содержать генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к первому входу компаратора, на второй вход которого подается входной сигнал (за вычетом сигнала обратной связи). Выходной сигнал компаратора усиливается ключевым усилителем до требуемого уровня мощности.

В широтно-импульсном модуляторе может быть применена внутренняя обратная связь для стабилизации его характеристик, такая обратная связь может быть достаточно глубокой (до. 20 дБ и более).

Первый фильтр 2 служит для выделения полезных .низкочастотных составляющих из импульсного сигнала с широтf но-импульсной модуляцией и, как правило, содержит одно или два LC-звена, Второй фильтр 5 служит для сглаживания напряжения с выхода сумматора

6, имеющего короткие выбросы либо

"проколы!! в моменты переключения двухтактного ключевого генератора 3.

Этот фильтр 5 может . быть выполнен на

RC- или LC-звене с частотой среза, в 10 — 100 раз превышающей частоту переключения двухтактного ключевого генератора 3, Устройство работает следующим образом.

Пусть на входную шину 7 подается напряжение U (фиг, 2а), тогда на выходе весового сумматора 4 образуется напряжение 04=ЯК „+U5.К, где К, и

К вЂ” коэффициенты передачи сумматора

4 по первому и второму входам соответственно; U5 — напряжение на втором входе весового сумматора 4 (с выхода второго фильтра 5) „На выходе широтно-импульсного модулятора 1 формируется импульсный сигнал Ui (фиг. 26) 6457 6

5 159 длительность t импульсов которого пропорциональна сигналу U4 на входе широтно-импульсного модулятора

t /Т К U4i где Т вЂ” период следованйя импульсов; К вЂ” коэффициент передачи модулятора 1 (с учетом обратной связи с выхода первого фильтра 2) .

Фильтр 2 выделяет из импульсной последовательности постоянную (низкочастотную) составляющую напряжения

U2=Yt„/Т (фиг. 2в), где Š— амплитуда имйульсов Ui. Напряжение U2 поступает на вход (шину питания) двухтактного ключевого генератора 3. При этом за счет обратной связи с выхода первого фильтра 2 (даже сравнительно небольшой глубины: 6 — 8 дБ) и наличия внутренней обратной связи в широтно-импульсном модуляторе 1 (которая может быть достаточно глубокой) напряжение на выходе первого фильтра

2 с высокой точностью повторяет (с коэффициентом пропорциональности К ) входное напряжение U4 широтно-импульсного модулятора 1, т.е. U2

= К,„И4, На выходе двухтактного ключевого генератора 3 формируется двухполярное импульсное напряжение заданной частоты, амплитуда которого в идеальном случае ранна напряжению И2 на выходе первого фильтра 2, Под амплитудой имеимеется в виду половина размаха напряжения на обмотке трансформатора 13, За счет существования не равного нулю остаточного напряжения U „ на ключевых элементах двухтактного ключевого генератора 3 (зависящего от его сопротивления нагрузки, в общем случае нелинейно) амплитуда его выходного напряжения ИЗ=И2-U„,(фиг 2 г,д).

В реальных устройствах величина U при изменении сопротивления нагрузки от холостого хода до номинального может составлять до 10 — 30% U2 (при изменении U2 от 0,3 до 0,9 F). В устройствах, работающих на частотах выше нескольких сотен килогерц,в двухтактных ключевых генераторах 3 используется только ненасыщенный режим работы транзисторов, характеризующийся еще более, высоким падением на них напряжения, что приводит к еще большему

И . Таким образом, амплитуда выходного сигнала U3 зависит от U, НапОст ряжения на первом и втором вьиодах двухтактного ключевого генератора 3 противофазны и принимают значения ли5

45 бо И, либо 2U2-И . Зти сигналы поступают на диодные входы диодно-резистивного сумматора 6. На его резистивный вход подается напряжение U2, которое с помощью делителя на резисторах 17 18 образует на выходе диодно-резистивного сумматора 6 напряжение, превьппающее наибольшее U (при отключенных его диодных входах либо запертых транзисторах 11 и 12). При работе устройства напряжение на одном из выходов (относительно общей шины) двухтактного ключевого генератора 3 всегда (за исключением длительности фронтов) принимает значение U, в результате чего напряжение И6 на выходе диодно-резистивного сумматора также принимает значение И, (за . исключением длительности фронтов), т.к, передается на выход диодно-резистивного сумматора 6 через один из диодов 19 или 20. При работе устройства на повьппенных частотах, когда длительность этапов переключений становится соизмеримой с периодом переключений (составляет единицы процента периода переключений), во время этих этапов переключений оба диода пиодно-резистивного сумматора 6 закрыты и напряжение на еГо выходе определяется делителем на резисторах 17 и 18. Это вызывает короткие импульсы на фоне U в напряжении U6 (фиг,, 2е). Для исключения влияния этих выбросов на работу широтно-импульсного модулятора сигнал с вьг;.ода диодно-реэистивного сумматора 6 поступает через второй фильтр, сглаживающий напряжение U6 (фиг. 2 т).

Частота среза этого фильтра выбирается существенно большей как рабочей частоты двухтактного ключевого генератора 3, так и частоты переключений широтно-импульсного модулятора 1, и обычно должна составлять сотни килогерц — единицы мегагерц.

Далее сглаженный сигнал U5=U суммируется с требуемым весом (K,) с входным сигналом U, чем увеличивается сигнал И4 на входе широтно-импульсного модулятора 1 на величину, необходимую для компенсации остаточного напряжения U„, следовательно, обеспечивается стабилизация уровня выходного сигнала устройства независимо .от величины U ° условие и ной коменсации Ь ест может быть определено из следуюцих соотношений:

1596457 с

U2ma. Ц4КЩ(У.Ki +U, .К );

АЗ-U2-И,.„

Следовательно, для того чтобы U3 не зависело от Uo, необходимо, чтобы в выражении

0ЭК К, О+К К 1.1 „- UacT выполнялось равенство К „К, = 1,тогда выходное напряжение определяется 1ð . только входным сигналом: U3=K щ К х U . Нарушение этого условия приведет к уменьшению качества компенсации

H ухудшению стабилизации Bblxogного напряжения устройства. 15

Важно отметить, что достижение положительного эффекта в устройстве обеспечивается введением только пассивных маломощных элементов без изменения его силовой части, что делает незначительными дополнительные затраты при реализации изобретения.

Формула из обр ет ения

Генератор импульсного напряжения, содержащий последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор, первый фильтр нижних частот и двухтактный ключевой генератор, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первой и второй выходными шинами, причем выход первого фильтра нижних частот соединен с входом обратной связи широтно-импульсного модулятора, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения стабильности выходного напряжения, в него введены последовательно соединенные диодно-резистивный сумматор, второй фильтр нижних частот и весовой сумматор, первый вход которого, соединен с входной шиной, а выход соединен с входом широтно-импульсного модулятора, причем первый и второй диодные входы диодно-резистивного сумматора соединены соответственно с первым и вторым выходами двухтактного ключевого генератора, а резистивный вход диодно-резистивного сумматора соединен с входом двухтактного ключевого генератора,