Генератор прямоугольных импульсов



Генератор прямоугольных импульсов
Генератор прямоугольных импульсов

 

H03K3 - Импульсная техника (измерение импульсных характеристик G01R; механические счетчики с электрическим входом G06M; устройства для накопления /хранения/ информации вообще G11; устройства хранения и выборки информации в электрических аналоговых запоминающих устройствах G11C 27/02; конструкция переключателей для генерации импульсов путем замыкания и размыкания контактов, например с использованием подвижных магнитов, H01H; статическое преобразование электрической энергии H02M;генерирование колебаний с помощью схем, содержащих активные элементы, работающие в некоммутационном режиме, H03B; импульсная модуляция колебаний синусоидальной формы H03C;H04L ; схемы дискриминаторов с подсчетом импульсов H03D;

Владельцы патента RU 2416156:

Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик-Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)

Изобретение относится к устройствам генерирования прямоугольных импульсов и может быть использовано в области импульсной электротехники для запуска управляемых разрядников. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости, возможность формирования прямоугольных импульсов с крутыми фронтами положительной и отрицательной полярностей на нагрузке любого типа в широком диапазоне длительностей и амплитуд. Генератор прямоугольных импульсов содержит источник напряжения постоянного тока, первый и второй зарядные резисторы, три коммутатора, два накопительных конденсатора, три выходные клеммы и два резистора. 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам генерирования прямоугольных импульсов и может быть использовано в области лазерной техники для запитки импульсных лазеров; в системах регистрации быстропротекающих процессов для осуществления импульсного управления электронно-оптическими затворами; в области импульсной электротехники для запуска управляемых разрядников.

Известен импульсный генератор (заявка Великобритании №2122444, МПК Н03К 3/57, опубл. 11.01.84), который содержит цепь формирования импульса, выполненную на линии задержки, и источник питания, имеющий резонансную цепь, которая заряжает цепь формирования импульса. Один выключатель подключен параллельно нагрузке и цепи формирования импульса, которые соединены последовательно. Другой выключатель, соединенный параллельно с нагрузкой, прекращает, когда это необходимо, формирование импульса. Один из выключателей должен обеспечивать протекание только однонаправленного тока. Схема сохраняет неиспользованную энергию и благодаря этому позволяет уменьшить напряжение источника питания.

Такому устройству присущи следующие недостатки:

- параметры генерируемых импульсов, в частности максимальная длительность, определяются параметрами формирующей линии и временной диапазон генерируемых импульсов ограничен длительностями 1÷5 мкс;

- форма генерируемого импульса и его амплитуда зависят от соотношения величин нагрузки и волнового сопротивления формирующей линии;

- дополнительные специфические требования на технические характеристики (однонаправленность тока) используемого коммутатора ограничивают область применения генератора.

Наиболее близким к предлагаемому генератору является выбранный в качестве прототипа генератор прямоугольных сигналов (заявка Японии №59-52571, МПК3 Н03К 3/53, опубл. 20.12.84). Данный генератор прямоугольных импульсов содержит источник напряжения постоянного тока; цепочку, состоящую из последовательно соединенных зарядного резистора и первого выключателя (коммутатора), включенную между положительным выводом источника напряжения и первой выходной клеммой; перезаряжаемый конденсатор, подключенный между точкой соединения зарядного резистора и первого выключателя и отрицательным выводом источника напряжения; цепочку, которая включена параллельно конденсатору, состоящую из последовательно соединенных второго выключателя и элемента, ограничивающего ток, и снимающего отрицательный заряд конденсатора. После замыкания первого выключателя замыкается второй выключатель, в результате чего на нагрузку (резистор), подключенную к выходным клеммам, подается прямоугольный импульс большой мощности.

Однако прототип имеет следующие недостатки:

- задний фронт генерируемого импульса формируется при замыкании второго выключателя и разряде конденсатора, поэтому длительность заднего фронта увеличивается при увеличении емкости конденсатора;

- данное устройство не позволяет формировать крутой задний фронт, если к спаду вершины предъявляются повышенные требования, т.к. необходимо в данном случае увеличивать емкость конденсатора;

- генератор не позволяет формировать прямоугольные импульсы в широком диапазоне длительностей, особенно, если нагрузка имеет активный характер и является низкоомной.

Техническая задача: создание генератора прямоугольных импульсов, позволяющего формировать импульсы прямоугольной формы с крутыми фронтами положительной и отрицательной полярностей на нагрузке любого типа в широком диапазоне длительностей и амплитуд.

Технический результат: предлагаемый генератор обладает повышенной помехоустойчивостью, позволяет формировать прямоугольные импульсы с крутыми передним и задним фронтами любой полярности на нагрузке любого типа в широком диапазоне длительностей и амплитуд.

Поставленный технический результат достигается следующим образом. Заявляется генератор прямоугольных импульсов, содержащий источник напряжения постоянного тока, цепочку, состоящую из последовательно соединенных первого зарядного резистора, первого коммутатора, включенную между положительным выводом источника напряжения и первой выходной клеммой; первый накопительный конденсатор, подключенный между точкой соединения первого зарядного резистора и первого коммутатора и отрицательным выводом источника напряжения, соединенным со второй выходной клеммой, второй коммутатор, первый резистор, подключенный между первой и второй выходными клеммами.

В отличие от прототипа заявляемое устройство дополнительно содержит цепочку из последовательно соединенных второго зарядного резистора, второго накопительного конденсатора и второго резистора, подключенную между положительным и отрицательным выводами источника напряжения, третий коммутатор, третью выходную клемму, причем один электрод второго коммутатора подключен между точкой соединения второго зарядного резистора и второго накопительного конденсатора, а другой электрод - к отрицательному выводу источника напряжения; один электрод третьего коммутатора подключен к первой выходной клемме, а его другой электрод подключен к общей точке соединения второго накопительного конденсатора и второго резистора и соединен с третьей выходной клеммой.

Введение в схему дополнительного коммутатора позволяет обеспечить гальваническую развязку контуров первого и второго конденсаторов и исключить взаимное влияние контуров при запуске первого или второго коммутаторов.

Благодаря использованию всей совокупности признаков формулы при синхронизированном во времени запуске первого и второго коммутаторов и срабатывании третьего коммутатора как в режиме самопробоя, так и в управляемом режиме, на первой и второй клеммах и на третьей и второй клеммах формируется прямоугольный импульс с крутыми передним и задним фронтами. В заявленной конструкции генератора параметры разрядных контуров можно сделать одинаковыми. Поскольку крутизна переднего фронта определяется паразитными параметрами разрядных контуров, то при формировании заднего фронта выходного прямоугольного импульса на нагрузке суммируются разнополярные перепады напряжений, происходит компенсация влияния паразитных параметров и крутизна заднего фронта импульса выше крутизны переднего фронта и не зависит от величины емкостей первого и второго конденсаторов.

Изобретение поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлена принципиальная схема заявляемого генератора прямоугольных импульсов, а на Фиг.2 изображена временная диаграмма работы генератора.

Генератор прямоугольных импульсов содержит источник напряжения постоянного тока 1 (U0), цепочку, состоящую из последовательно соединенных первого зарядного резистора 2 (Rзap.1), первого коммутатора 3 (K1), включенную между положительным выводом источника напряжения 1 (U0) и первой выходной клеммой 4; первый накопительный конденсатор 5 (C1), подключенный между точкой соединения первого зарядного резистора 2 (Rзap.1) и первого коммутатора 3 (K1) (в качестве коммутатора м.б. использован тиратрон ТПИ1-1К/20) и отрицательным выводом источника напряжения 1 (U0), соединенным со второй выходной клеммой 6, второй коммутатор 7 (К2), первый резистор 8 (R1), подключенный между первой 4 и второй 6 выходными клеммами.

Генератор также содержит цепочку из последовательно соединенных второго зарядного резистора 9 (Rзap.2), второго накопительного конденсатора 10 (С2) и второго резистора 11 (R2), подключенную между положительным и отрицательным выводами источника напряжения 1 (U0), третий коммутатор 12 (К3), третью выходную клемму 13, причем один электрод второго коммутатора 7 (К2) подключен между точкой соединения второго зарядного резистора 9 (Rзap.2) и второго накопительного конденсатора 10 (С2), а другой электрод - к отрицательному выводу источника напряжения 1 (U0); один электрод третьего коммутатора 12 (К3) подключен к первой выходной клемме 4, а его другой электрод подключен к общей точке соединения второго накопительного конденсатора 10 (С2) и второго резистора 11 (R2) и соединен с третьей выходной клеммой 13.

Генератор прямоугольных импульсов при формировании импульса положительной полярности работает следующим образом.

При запуске и замыкании первого коммутатора 3 (K1) в момент времени t1 на первом резисторе 8 (R1) появляется перепад напряжения UС1≅U0. Напряжение самопробоя третьего коммутатора 12 (К3) выбирают больше величины зарядного напряжения U0, поэтому третий коммутатор 12 (К3) не срабатывает и напряжение на втором резисторе 11 (R2) остается равным 0, а на аноде второго коммутатора 7 (К2) - по-прежнему равным U0.

В момент времени t2 включается второй коммутатор 7 (К2) и на втором резисторе 11 (R2) появляется перепад напряжения UC2≅-Uo. Вследствие этого разность потенциалов на третьем коммутаторе 12 (К3) в момент t2 скачком увеличивается до величины ~2U0. Поэтому третий коммутатор 12 (К3) срабатывает в режиме самопробоя. Первый и второй накопительные конденсаторы 5 (C1) и 10 (С2) разряжаются друг на друга через внутренние сопротивления первого, второго и третьего коммутаторов 3 (К1), 7 (К2) и 12 (К3), а ток в момент t3 на первом резисторе 8 (R1) становится равным 0. Таким образом на первом резисторе 8 (R1) формируется прямоугольный импульс положительной полярности и длительностью tи=t3-t1.

Для получения прямоугольного импульса отрицательной полярности достаточно изменить порядок включения во времени второго и первого коммутаторов 7 (К2) и 3 (K1), т.е первым в момент времени t1 включается второй коммутатор 7 (К2), а в момент времени t2 включается первый коммутатор К1 и отрицательный прямоугольный импульс формируется на втором резисторе 11 (R2).

Для того чтобы обеспечить возможность генерирования прямоугольных импульсов различной амплитуды и обеспечить высокую стабильность длительности выходного импульса, третий коммутатор 12 (К3) может запускаться внешним сигналом, формируемым одновременно со срабатыванием первого К1 или второго К2 коммутаторов и формированием перепадов напряжения в зависимости от полярности выходных импульсов.

При соответствующем выборе параметров элементов заявляемый генератор позволяет формировать прямоугольные импульсы в очень широком временном диапазоне длительностей: от десятка наносекунд до миллисекунд при сохранении возможности получения предельно коротких фронтов.

Заявляемый генератор позволяет формировать прямоугольные импульсы с крутыми передним и задним фронтами любой полярности на нагрузке любого типа в широком диапазоне длительностей от десятка наносекунд до миллисекунд и амплитуд от 102 до 105 В.

Генератор прямоугольных импульсов, содержащий источник напряжения постоянного тока, цепочку, состоящую из последовательно соединенных первого зарядного резистора, первого коммутатора, включенную между положительным выводом источника напряжения и первой выходной клеммой; первый накопительный конденсатор, подключенный между точкой соединения первого зарядного резистора и первого коммутатора и отрицательным выводом источника напряжения, соединенным со второй выходной клеммой, второй коммутатор, первый резистор, подключенный между первой и второй выходными клеммами, отличающийся тем, что дополнительно содержит цепочку из последовательно соединенных второго зарядного резистора, второго накопительного конденсатора и второго резистора, подключенную между положительным и отрицательным выводами источника напряжения, третий коммутатор, третью выходную клемму, причем один электрод второго коммутатора подключен между точкой соединения второго зарядного резистора и второго накопительного конденсатора, а другой электрод - к отрицательному выводу источника напряжения; один электрод третьего коммутатора подключен к первой выходной клемме, а его другой электрод подключен к общей точке соединения второго накопительного конденсатора и второго резистора и соединен с третьей выходной клеммой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к преобразовательной технике. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах постоянного тока с обратной связью по скорости. .

Изобретение относится к устройствам получения озона в электрическом разряде и может быть использовано для создания генераторов озона. .

Изобретение относится к контактному и дистанционному оружию с электрическим средством поражения цели (электрошокерам), а также к технике получения электрических импульсов высокого напряжения при большой силе тока, например, в устройствах электрогидравлического разряда, устройствах электротермического метания, в других устройствах, где необходим электрический разряд с большим пробивным расстоянием в газах и материалах при большой силе тока в цепи.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в системах электроснабжения стационарных и мобильных потребителей электроэнергии. .

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники и может быть использовано в радиолокационных станциях для питания СВЧ-генераторов передатчиков, для питания мощных лазеров, ускорителей заряженных частиц, а также устройств дезинфекции жидких пищевых продуктов и т.п.

Изобретение относится к вычислительной технике, информационно-измерительной радиотехнике и может быть использовано в качестве источника подкачки энтропии в систему генерирования случайных чисел для различных устройств информационной безопасности.

Изобретение относится к импульсной и вычислительной технике и может использоваться при построении самосинхронных триггерных, регистровых и вычислительных устройств.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрофизических установках с высоковольтными емкостными накопителями энергии. .

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в электроразрядных технологиях, таких как дезинтеграция горных пород, снятия поверхностного слоя железобетонных конструкций, дробления мелкодисперсных частиц в растворах и т.п.

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в вычислительной технике при моделировании случайных процессов, тестировании каналов связи и аппаратуры

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, к схемам генерирования электрических импульсов и может быть использовано, например, для: запитки геофизических диполей, соленоидов с различным энергозапасом, стационарных и мобильных передающих антенн мощностью ~1 МВт, испытания измерительных элементов, силовых трансформаторов путем их нагружения килоамперными токами большой длительности и т.д

Изобретение относится к высоковольтной наносекундной технике и является компактным частотным генератором импульсного напряжения, выполненным по схеме Маркса, содержащим конденсаторные ступени в виде последовательно соединенных слоев, состоящих из плоских конденсаторов прямоугольного сечения с двухсторонним расположением выводов, слои размещены перпендикулярно оси цилиндрического корпуса, между слоями установлены диэлектрические прокладки, упомянутые слои соединены последовательно плоскими металлическими шинами, а выводные шины всех ступеней расположены с одной стороны продольной оси цилиндрического корпуса, диэлектрическую конструкцию в виде полок для установки конденсаторных ступеней и боковых стенок, зарядные дроссели в виде однослойных катушек и разделительных металлических дисков, размещенных на изоляционных трубах, установленных на диэлектрических шпильках, цанговые соединения между дисками и выводными шинами ступеней, искровые разрядники в виде двух колонн цилиндрического исполнения, имеющих расположенные соосно металлические диски с проходными отверстиями и разделительные изоляторы с резиновыми уплотнениями и центральными сквозными отверстиями, при этом в середине каждого второго изолятора установлен с помощью радиального стержня с резиновым уплотнением промежуточный электрод в виде цилиндрической обечайки, а с одной стороны каждого диска установлены соосно цилиндрические скругленные электроды, обращенные в сторону промежуточного электрода, при этом разрядные колонны размещены в пространстве между конденсаторными ступенями и корпусом со стороны выводных шин конденсаторных ступеней и симметрично относительно середины ступеней, а их оси смещены от оси корпуса генератора на одинаковом расстоянии, цилиндрический корпус с кабельными и газовыми вводами на нижнем фланце, выходной высоковольтный изолятор дискового исполнения с высоковольтным электродом емкостного делителя напряжения в виде замкнутой металлической фольги, расположенной на внешней образующей поверхности изолятора

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к дефибрилляторам, и может найти применение в медицинских учреждениях для отделений реанимации, кардиохирургии, интенсивной терапии, отделений неотложной скорой помощи, а также на догоспитальных этапах медицинской помощи

Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике и может быть использовано в источниках питания различных электрофизических устройств

Изобретение относится к электронным схемам, специально предназначенным для сравнения амплитуд, и может быть использован в измерительной технике с допусковым контролем, в системах контроля и сигнализации

Изобретение относится к импульсной и вычислительной технике и может использоваться при построении самосинхронных триггерных, регистровых и вычислительных устройств, систем цифровой обработки информации

Изобретение относится к средствам оптической импульсной техники

Изобретение относится к импульсной и вычислительной технике и может использоваться для индикации окончания переходных процессов при переключениях вычислительных устройств и систем цифровой обработки информации

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для реализации цифровых схем высокой надежности
Наверх