Устройство для моделирования импульсных помех

 

Изобретение относится к моделирующим устройствам аналого-вычислительной техники и может быть использовано при испытаниях аппаратуры на помехозащищенность. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности моделирования импульсных помех. Цель достигается за счет формирования двухполярного импульса заданной формы и длительности путем введения второго управляемого ключа 5, второго накопителя 7 энергии, сглаживающего диода 3, синхрогенератора 15 и блока 8 коммутации. Устройство позволяет повысить точность экспериментальных исследований путем формирования двухполярных импульсов заданной формы и длительности, если в качестве нагрузки использовать соленоид. При прохождении n-го сформированного положительного импульса заданной формы и длительности в блок коммутации через тиристор 29, первичную обмотку разделительного трансформатора 10, тиристор 32 на выходных клеммах 11 образуется импульс положительной полярности. При прохождении 2n-го (n=1,2,3...) импульса в блок коммутации через тиристор 32, первичную обмотку разделительного трансформатора 10, тиристор 30 на выходных клеммах 11 образуется импульс обратной полярности. В результате в нагрузке образуются двухполярные импульсы заданной формы и длительности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано при испытаниях аппаратуры на помехозащиту.

Известно устройство для моделирования импульсных помех, содержащее исследуемую аппаратуру, фильтр, входы которого соединены с источником питающего напряжения, а входы через разделительные конденсаторы подключены к нагрузочному резистору и к входу накопителя, подсоединенному к дополнительному источнику питающего напряжения, а также тиристорный формирователь длительности импульсов, управляющие входы которого подключены к генератору импульсов [1].

Недостатками известного устройства являются низкий КПД и малое быстродействие из-за полного разряда накопителя на ограничительный резистор тиристорного формирователя импульсов после формирования прямоугольного импульса на нагрузке (иначе шунтирующий тиристор не выключится), в результате чего на ограничительном резисторе выделяется почти вся запасенная энергия накопителя, что определяет повышенное потребление энергии дополнительным источником питания на заряд накопителя и увеличение времени заряда накопителя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для моделирования импульсных помех, имеющее значительные КПД и быстродействие, содержащее первый источник питающего напряжения, фильтр, разделительный трансформатор, задающий генератор, тиристорный формирователь импульсов, нагрузочный резистор, ограничительный резистор, накопитель, второй источник питания, подключенный к входам накопителя, один вывод которого непосредственно, а другой через ограничительный резистор подключены к входам тиристорного формирователя импульсов, соединенного управляющими входами с выходами задающего генератора, а выходами с нагрузочным резистором и через разделительный трансформатор с одной из шин выхода фильтра, причем входы фильтра подключены к источнику питающего напряжения, управляемый ключ, выходы которого подключены параллельно тиристорному формирователю импульсов, а управляющие входы - к дополнительным входам задающего генератора [2].

Однако в этом устройстве моделирования импульсных помех нет возможности формировать двухполярные импульсные помехи заданной формы и длительности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем формирования двухполярных импульсов заданной формы и длительности.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый источник питающего напряжения, фильтр, разделительный трансформатор, задающий генератор, тиристорный формирователь импульсов, нагрузочный и ограничительный резисторы, накопитель энергии, второй источник питания, управляемый ключ, введены второй управляемый ключ, второй накопитель энергии, сглаживающий диод, синхрогенератор и блок коммутации, информационный вход которого соединен с вторым выводом ограничительного резистора, при этом первый и второй выходы блока коммутации подключены к выводам первичной обмотки разделительного трансформатора, первый вывод второго управляемого ключа подключен к первому выводу формирователя импульсов, второй вывод которого соединен с вторым выводом второго управляемого ключа непосредственно и через второй накопитель энергии подключен к другому выводу первого накопителя энергии, соединенного с анодом сглаживающего диода, третьим выводом блока коммутации, общей шиной первого источника питания и выходами синхрогенератора, тактирующий вход которого соединен с вторым выходом задающего генератора, катод сглаживающего диода подключен к первому выводу первого управляемого ключа.

Второй управляемый ключ содержит последовательно соединенные тиристор и катушку индуктивности, зашунтированные последовательно соединенными резистором и диодом, катод которого соединен с первым выводом второго управляемого ключа и анодом тиристора, управляющий электрод и катод которого являются управляющим входом второго управляемого ключа, причем вторые выводы катушки индуктивности и резистора являются вторым выводом второго управляемого ключа.

Блок коммутации содержит две параллельно соединенные цепочки, каждая из которых включает два последовательно соединенных управляемых тиристора, причем аноды первых двух управляемых тиристоров являются информационным входом блока, первым и вторым выходами которого являются катоды первых управляемых тиристоров соответственно первой и второй цепочек, управляющие входы первого управляемого тиристора первой цепочки и второго управляемого тиристора второй цепочки соединены с первым управляющим входом синхрогенератора и являются первым управляющим входом блока, вторым управляющим входом которого являются объединенные управляющие входы второго управляемого тиристора первой цепочки и первого управляемого тиристора второй цепочки, соединенных с вторым управляющим выходом синхрогенератора.

При сопоставительном анализе с прототипом выявлены признаки предложенного технического решения, не сходные с признаками прототипа, а именно второй управляемый ключ, второй накопитель энергии, сглаживающий диод, синхрогенератор и блок коммутации, информационный вход которого соединен с вторым выводом ограничительного резистора, причем первый и второй выходы блока коммутации подключены к выводам первичной обмотки разделительного трансформатора, первый вывод второго управляемого ключа подключен к первому выводу формирователя импульсов, второй вывод которого соединен с вторым выводом второго управляемого ключа непосредственно и через второй накопитель энергии подключен к другому выводу первого накопителя энергии, соединенного с анодом сглаживающего диода, третьим выводом блока коммутации, общей шиной первого источника питания, выходами синхрогенератора, тактирующий вход которого соединен с вторым выходом задающего генератора, катод сглаживающего диода подключен к первому выводу первого управляемого ключа. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию "Новизна".

Предлагаемое техническое решение, сохраняя прочие свойства известного устройства для моделирования импульсных помех, позволяет формировать импульсные помехи заданной формы и длительности и тем самым расширить объем испытаний аппаратуры на помехозащищенность.

Анализ известных технических решений показал, что признаков, отличающих предложенное решение от прототипа, не обнаружено, поэтому предложенное решение обладает "существенными отличиями".

На фиг. 1 схематически показано устройство для моделирования двухполярных импульсных помех заданной формы и длительности; на фиг.2 - импульсы управления и временные диаграммы.

Устройство для моделирования двухполярных импульсных помех заданной формы и длительности содержит источник 1 питания, первый и второй выводы которого соединены с входом и общей шиной первого накопителя 2 энергии. Выход последнего соединен с катодом выравнивающего диода 3, первым выводом управляемого ключа 4, входом второго управляемого ключа 5, первым входом формирователя 6 импульсов. Выход второго управляемого ключа 5 соединен с вторым входом формирователя 6 импульсов и с входом второго накопителя 7 энергии, выход которого соединен с общей шиной источника 1 питания, анодом выравнивающего диода 3, третьим выходом блока 8 коммутации. Информационный вход блока 8 коммутации через ограничительный резистор 9 соединен с первым и вторым выходами формирователя 6 импульсов, входом управляемого ключа 4, выход блока коммутации соединен с первичной обмоткой разделительного трансформатора 10, вторичная обмотка которого соединена с выходным выводом 11 и выходом фильтра 12, вход которого соединен с выходом второго источника 13 питания. Первый и второй управляющие входы ключа 4 соединены с началом и концом вторичной обмотки первого разделительного трансформатора соответственно, первичная обмотка которого соединена с первым выходным каналом задающего генератора 14. Первый управляющий вход и первый выход формирователя 6 импульсов соединены с началом и концом вторичной обмотки второго разделительного трансформатора соответственно, первичная обмотка которого соединена с вторым выходным каналом задающего генератора 14 и тактирующим входом синхрогенератора. Первый и второй управляющие входы ключа 5 соединены с началом и концом вторичной обмотки третьего разделительного трансформатора соответственно, первичная обмотка которого соединена с третьим выходным каналом задающего генератора 14. Второй управляющий вход и второй выход формирователя 6 импульсов соединены с началом и концом вторичной обмотки четвертого разделительного трансформатора, первичная обмотка которого соединена с четвертым выходным каналом задающего генератора 14. Первый управляющий вход и третий выход блока 8 коммутации соединены с управляющим выходом синхрогенератора 15. Второй управляющий вход и третий выход блока 8 коммутации соединены с вторым управляющим выходом синхрогенератора 15.

Первый накопитель 2 энергии содержит дроссель 16 и конденсатор 17, причем первый вывод дросселя 16 соединен с выходом источника 1 питания, второй вывод - с первой обкладкой конденсатора 17, вторая обкладка которого соединена с общей шиной источника 1 питания.

Первый управляемый ключ 4 содержит диод 18, диод 19 и последовательное соединение конденсатора 20, индуктивности 21, тиристора 22, катод которого соединен с выходом ключа 4, катодом диода 18, анодом диода 19, при этом управляющий электрод и катод тиристора 22 соединены соответственно с управляющими входами ключа 4, анод тиристора 22 соединен с катодом диода 19, анод диода 18 - с первым входом управляющего ключа 4 и второй обкладкой конденсатора 20.

Второй управляемый ключ 5 содержит последовательное соединение тиристора 23, катушки индуктивности 24, зашунтированных последовательным соединением резистора 25 и диода 26, катод которого соединен с входом ключа 5 и анодом тиристора 23, при этом второй вывод резистора 25 соединен с выходом ключа 5.

Формирователь 6 импульсов содержит тиристоры 27 и 28, аноды которых соединены с первым и вторым входами формирователя 6 импульсов соответственно, а катоды и управляющие электроды соединены соответственно с выходом и управляющими входами формирователя 6 импульсов.

Накопитель энергии 7 содержит конденсатор, одна обкладка которого соединена с входом, а другая - с выходом накопителя энергии.

Блок 8 коммутации содержит две параллельно соединенные цепочки тиристоров, каждая из которых включает два последовательно соединенных управляемых тиристора 29, 30 и 31, 32, прием аноды первых двух управляемых тиристоров 29 и 31 соединены с информационным входом блока, первым и вторым входами которого являются катоды первых управляемых тиристоров 29, 31 соответственно первой и второй цепочек, управляющие входы первого управляемого тиристора 29 первой цепочки и второго управляемого тиристора 32 второй цепочки соединены с управляющим выходом синхрогенератора и являются первым управляющим входом блока, вторым управляющим входом которого являются объединенные управляющие входы второго управляемого тиристора 30 первой цепочки и первого управляемого тиристора 31 второй цепочки, соединенных с вторым управляющим выходом синхрогенератора.

При включении устройства происходит заряд накопителя 2 энергии до напряжения источника 1 питания, запускающий тиристор 27, шунтирующий тиристор 28, перекачивающий тиристор 23, тиристор 22 ключа 4 закрыты, тиристоры 29 и 32 открыты, конденсатор 20 ключа 4 заряжен до напряжения источника 1 питания по цепи: выход источника 1 питания, зарядный дроссель 16, диод 19, катушка индуктивности 21, конденсатор 20, ограничительный резистор 9, открытый тиристор 29, первичная обмотка разделительного трансформатора 10, открытый тиристор 32, общая шина источника питания 1.

Четырехканальный задающий генератор с четырьмя гальванически развязанными выходами обеспечивает выработку управляющих импульсов для тиристорного формирователя 6 импульсов, ключа 4, причем время задержки τ импульса четвертого канала относительно импульса второго канала определяет длительность выходного импульса на нагрузке.

В начальный момент времени t_о от третьего канала задающего генератора 14 открывается тиристор 23, то приводит к заряду накопителя 7 энергии через катушку индуктивности 24.

В момент времени t₁ от второго канала задающего генератора 14 открывается тиристор 27, то приводит к постепенному разряду накопителей 2 и 7 энергии через ограничительный резистор 9, открытый тиристор 29, первичную обмотку разделительного трансформатора 10 на общую шину источника 1 питания через открытый тиристор 32.

Вершина импульса спадает по экспоненциальному закону с постоянной времени, равной произведению сопротивления ограничительного резистора 9, первичной обмотки разделительного трансформатора 10 на суммарную емкость подключенных накопителей 2 и 7 энергии.

В момент времени t₂ = t₁+ τ от четвертого и первого каналов задающего генератора 14 открывается шунтирующий тиристор 28 формирователя 6 и тиристор 22 ключа 4 соответственно ( τ - время задержки импульсов управления тиристора 28 формирователя 6 относительно импульса управления тиристора 22 ключа 4 определяет длительность выходного импульса на нагрузке). При этом накопитель 7 энергии разряжается через открытый тиристор 28 формирователя 6, ограничительный резистор 9, открытый тиристор 29, первичную обмотку разделительного трансформатора 10, открытый тиристор 32 на общую шину источника 1 питания (фиг.2в - ток через первичную обмотку разделительного трансформатора).

При включении тиристора 22 ключа 4 в LC-контуре начинается колебательный процесс (фиг.2г - напряжение на конденсаторе 20, фиг.2д - ток колебательного контура ключа 4), через тиристор 27 формирователя 6 протекает суммарный ток колебательного контура ключа 4 и накопителя 2 энергии, определяемый сопротивлением ограничительного резистора 9, первичной обмотки разделительного трансформатора 10.

Когда максимальное значение тока через ограничительный резистор 9 меньше амплитуды тока колебательного контура, анодный ток тиристора 27 формирователя 6 в момент времени t₃ становится равным нулю и переходит в цепь встречно коммутирующего диода 18 (фиг.2е - ток через тиристор 27, фиг.2ж - ток через встречно коммутирующий диод 18), затем в момент спада анодного тока диода 19 к нулю происходят восстановление напряжения на коммутирующем конденсаторе 20 и отключение цепи разряда накопителя 2 энергии от тиристорного формирователя 6 импульсов.

Тиристор 28 служит для формирования заднего фронта импульса по экспоненциальному закону и остается в проводящем состоянии до полного разряда второго накопителя 7 энергии на нагрузку. При этом формируется спад импульса с постоянной времени, равной произведению величины емкости накопителя 7 энергии на сопротивление ограничительного резистора 9 и первичной обмотки разделительного трансформатора 10, на выходных клеммах 11 формируется импульс положительной полярности.

Формирование импульса отрицательной полярности на выходных клеммах 11 происходит через время τ_г, равное удвоенной длительности периода собственных колебаний коммутирующего контура.

Сигналы управления синхрогенератора 15 поступают в блок 8 коммутации на управляющие входы тиристоров 30, 31, каждый второй импульс заданной формы и длительности проходит через открытый тиристор 31, первичную обмотку разделительного трансформатора 10, открытый тиристор 30 на общую шину источника 1 питания.

Таким образом на выходных клеммах 11 формируются импульсы положительной и отрицательной полярности.

Для обеспечения надежной коммутации тока тиристоров необходимо, чтобы период собственных колебаний контура ключа 4 был в три раза больше времени включения тиристоров, а амплитуда тока колебательного контура была в два раза больше максимального тока через сопротивление ограничительного резистора 9 и первичную обмотку разделительного трансформатора 10.

Величина задержки между подачей импульсов с выходов задающего генератора 14 дискретно регулируется и определяет длительность формирующего импульса.

Испытания показали надежность действия и возможность моделирования двухполярных импульсных помех заданной формы и длительности, при этом практически отсутствует переходный процесс.

Использование предложенного решения позволит испытывать аппаратуру на помехозащищенность и более точно моделировать заданный импульс помехи.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ПОМЕХ, содержащее первый и второй источники питания, первый накопитель энергии, первый управляемый ключ, формирователь импульсов, фильтр, ограничительный резистор, разделительный трансформатор и задающий генератор, причем выходы первого источника питания подключены к входам фильтра, одна из выходных шин которого соединена с выводами первичной обмотки разделительного трансформатора, выходы второго источника питания подключены к входам первого накопителя энергии, один вывод которого соединен с первым выводом первого управляемого ключа и первым выводом формирователя импульсов, управляющие входы формирователя импульсов и первого управляемого ключа подключены к первому, второму и третьему выходам задающего генератора соответственно, первый вывод ограничительного резистора соединен с вторым выводом первого управляемого ключа и входами формирователя импульсов, отличающееся тем, что в устройство введены второй управляемый ключ, второй накопитель энергии, сглаживающий диод, синхрогенератор и блок коммутации, информационный вход которого соединен с вторым выводом ограничительного резистора, первый и второй выходы блока коммутации подключены к выводам вторичной обмотки разделительного трансформатора, первый вывод второго управляемого ключа подключен к первому выводу формирователя импульсов, второй вывод которого соединен с вторым выводом второго управляемого ключа непосредственно и через второй накопитель энергии подключен к другому выводу первого накопителя энергии, соединенного с анодом сглаживающего диода, первым и вторым управляющими входами блока коммутации и выходами синхрогенератора, тактирующий вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, катод сглаживающего диода подключен к первому выводу первого управляемого ключа.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок коммутации содержит две параллельно соединенные цепочки, каждая из которых включает два последовательно соединенных управляемых тиристора, аноды первых двух управляемых тиристоров являются информационным входом блока, первым и вторым выходами которого являются катоды первых управляемых тиристоров соответственно первой и второй цепочек, управляющие входы первого управляемого тиристора первой цепочки и второго управляемого тиристора второй цепочки соединены и являются первым управляющим входом блока, вторым управляющим входом которого являются объединенные управляющие входы второго управляемого тиристора первой цепочки и первого управляемого тиристора второй цепочки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2