Импульсный модулятор

 

(71) Заявитель (54) ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР!

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для модуляции мощных СВЧ и других электронных приборов, работающих с малой скважностью и крутыми фронтами импульсов.

Известен импульсный модулятор, содержащий источник питания, две последовательно соединенные лампы, к точке соединения которых подключена нагрузка, генератор управляющих импульсов, подключенный через трансформаторы и емкости к управляющим электродам ламп 1 j.

Недостаток известного модулятора заключается в низком КПД.

Известен также импульсный модулятор, содержащий источник питания, две последовательно соединенные модуляторные лампы, первая из которых ано20 дом подключена к положительнои шине источника питания, катодом к нагрузке, соединенной с общей шиной, а дру.

I гая анодом к нагрузке, а катодом

2 к отрицательной шине источника питания, генератор управляющих импульсов, подключенный через пороговые элементы к входам управляющих ключей 2).

Недостатком этого импульсного моду лятора также является низкий КПД.

Цель изобретения - повышение КПД..

Поставленная цель достигается тем, что в импульсный модулятор, содержащий источник питания, две последовательно соединенные модуляторные лампы, первая из которых анодом подключена к положительной шине источника питания, а другая анодом - к нагрузке, генератор управляющих импульсов, подключенный через пороговые элементы к входам двух управляющих ключей, введены две форсирующие цепочки, выход первой из которых включен между управляющей сеткой первой модуляторной лампы и анодом второй, выход второй - между управяяющей сеткой второй модуляторной лам лы и отрицательной шиной источника

3 93261 питания, а их входы соединены соответственно с анодами первой и второй модуляторных ламп, причем первый управляющий ключ подключен между катодом первой модуляторной лампы

5 и анодом второй, а второй -- между катодом второй модуляторной лампы и отрицательной шиной источника питания.

Генератор управляющих импульсов ip выполнен в виде светодиода, оптически связанного через диэлектрические волноводы с пороговыми элементами.

Каждый пороговый элемент содержит транзистор и последовательно соединенные резистор и фоторезистор, объединенный вывод которых подключен к базе транзистора, причем в первом пороговом элементе фоторезистор подключен параллельно базаэмиттерному переходу, соединенному с нагрузкой, а резистор - базаколлекторному пере ходу, соединенному с входом направляющего ключа, а во втором пороговом элементе фоторезистор подключен параллельно базаколлекторному переходу, соединенному с входом управляющего ключа, а резистор к - базаэмиттерному переходу, соединенному с отзю рицательной шиной источника питания.

Каждый управляющий ключ содержит цепочку, состоящую из последовательно соединенных двух резисторов, трех диодов, включенных в прямом направлении и стабилитрона, пять транзисторов, два из которых соединены последовательно, причем первый транзистор базой подключен к объединенному выводу резисторов, коллектором - к другому выводу первого резистора, а через диод, включенный в противоположном направлении, - к накальной цепи модуляторной лампы и через разделительный конденсатор - к ее катоду и к коллекторам буферного и двух параллельно соединенных транзисторов, второй транзистор базой соединен с объединенным выводом второго резистора и диода, коллектором — с эмиттером первого транзистора, а эмиттером — с базой буферного транзистора, эмиттер которого подключен к базам двух параллельно соединенных транзисторов, эмиттеры которых через дополнительные резисторы подключены к аноду стабили ронэ.

0 4

Каждая. форсирующая цепочка содер жит трансформатор и конденсатор, причем первые выводы выходных обмоток трансформаторов соединены с управляющими сетками модуляторных ламп, аноды которых через конденсаторы соединены с первыми выводами входных обмоток трансформаторов,а вторые выводы обмоток трансформаторов соединены между собой и подключены соответственно к аноду первой модуляционной лампы и к отрицательной шине источника питания.

На чертеже показана функциональная схема импульсного модулятора.

Импульсный модулятор содержит генератор 1 управляющих импульсов, два диэлектрических волновода 2, два пороговых элемента 3 и 4, два управляющих ключа 5 и 6, две модуляторные лампы 7 и 8 и две цепочки 9 и 10 форсирующие. Причем вход генератора 1 управляющих импульсов соединен с источником управляющих импульсов, а выход через диэлектрические волноводы 2 — с входами первого 3 и второго 4 пороговых элементов, выходы которых соединены соответственно с входами первого 5 и второго 6 управляющих ключей, первый из которых включен между катодом первой модуляторной лампы 7 и анодом второй лампы 8, а второй - между катодом второй модуля. торной лампы и отрицательным выводом источника питания выход первой форсирующей цепочки 9 включен между управляющей сеткой первой модуляторной лампы 7 и анодом второй лампы 8, выход второй форсирующей цепочки 10 включен между управляющей сеткой второй модуляторной лампы 8 и отрицательным выводом источника питания, а входы каждой из форсирующих цепочек соединены соответственно с анодами .первой и второй модуляторных ламп. Генератор 1 управляющих импульсов выполнен в виде светодиода, оптически связанного с диэлектрическими волноводами 2, а каждый из пороговых элементов выполнен в виде фоторезисторов 11 и 12, оптически связанных с соответствующими диэлектрическими волноводами и включенных в базовые цепи транзисторов

13 и 14, причем в первом пороговом элементе 3 фоторезистор йодключен параллельно базаэмиттерному переходу транзистора, а во втором - параллельно базаколлекторному. Каждый yv

9326

5 равляющий ключ содержит составные эмиттерные повторители 15 и 16, состоящие из двух последовательно соединенных транзисторов, цепочек

17 и 18 состоящих из последовательно соединенных двух резисторов, трех диодов, включенных в прямом направлении и стабилитрона, причем первые транзисторы базами подключены к объединенным выводам резисторов, коллекторами - к другим выводам пер.вых резисторов, а через диоды, включенные в обратном направлении, к накальным цепям модуляторных ламп и через разделительные конденсаторы к их катодам и коллекторам составных эмиттеров 19 и 20, состоящих из буферных и двух параллельно соединенных транзисторов, подключенных через резисторы 21-24, соответственно к анодам стабилитронов.

Первая форсирующая цепочка содержит конденсатор 25 и трансформатор

26, а вторая содержит конденсатор 27

° и трансформатор 28,причем первые вывоу

1ды выходных обмоток трансформаторов сое. динены с -управляющими сетками соответствующих модуляторных ламп, аноды которых через конденсаторы соединены с первыми выводами входных обмоток о трансформаторов, а вторые выводы обмоток трансформаторов 26 и 28 соединены 1,у первой форсирующей цепочки ) с нагрузкой 29, а у второй - с отрицательным выводом источника питания.

Импульсный модулятор работает следующим образом.

В паузе между импульсами генератор 1 управляющих импульсов выключен, фоторезисторы 11 и 12 имеют е максимальное сопротивление, вследствие чего транзистор 13 открыт, 1а транзистор 14 закрыт. Поскольку транзистор 13 шунтирует вход управляющего ключа 5, то он разомкнут.

Управляющий ключ 6 соответственно замкнут. В этом положении катод модуляторной лампы 8 оказывается.соединенным по постоянному току через управляющий ключ 6 и трансформатор

28 с ее управляющей сеткой. Поэтому модуляторная лампа 8 открыта. Вследствие разрыва цепи между катодом модуляторной лампы 7 и анодом модуляторной лампы 8 управляющим ключем 5лампа 7 запирается. При этом на ее катоде напряжение устанавливается равным паспортному напряжению запирания по сетке этой лампы (например"

10 6 для ГМИ-26 это приблизительно 100 e)

Следовательно, почти все напряжение от источника питания несколько кВ, падает только на лампе, что обеспечивает работу полупроводникового ключа, при малых напряжениях, т.е. в том режиме, который опти" мален для полупроводников. Кроме того, данное напряжение является напряжением питания для транзисторного .каскада, входящего в состав ключа. Оно поддерживает его работу в ждущем режиме без отдельного собственного источника питания. При этом управляющий ключ 5 потребляет по цепи из входных, резисторов дежур" ный ток, который обратно пропорционален коэффициенту усиления ключа по току и поэтому может быть доведен до весьма малой величины.

При поступлении управляющего им" пульса на вход генератора 1 управляющих импульсов, последний излучает электромагнитные колебания, воздействующие через волноводы 2 на фоторезисторы 11 и 12, сопротивление которых при этом достигает минимальной величины. Транзистор 13 закрывается, а транзистор 14 открывается.

Это приводит далее к открыванию уп" равляющего ключа 5 и закрыванию управляющего ключа 6. Однако такой процесс не может сам по себе обеспечить нормальную работу модуляторных ламп в момент переключения,так как эти лампы для нормального (ускоренного ) срабатывания на фронтах импульсов требуют больших импульсных напряжений положительной полярности на управляющих сетках по отношению к катодам. Для обеспечения нормального режима работы модуляторных ламп введено двойное управление модуляторными лампами. Одно - по катоду (ключем ) и второе — по управляющей сетке форсирующей цепочкой . В моменты переключения, форсирующие цепочки

9 и 10 обеспечиаают через конденсаторы 25 и 27 и трансформаторы 26 и 28 положительную обратную связь в модуляторных лампах и дают тот необходимый для срабатывания открывающейся лампы положительный выброс на управляющей сетке, который обеспечивает нормальный режим ее переключения. В моменты времени, соответствующие паузам и вершинам импульсов, токи через лампы меньше максимальйых, и для ламп достаточно

2610

15 формула изобретения

Импульсный модулятор, содержащий . источник питания, две последовательно соединенные модуляторные лампы, первая из которых анодом подключена к положительной шине источника питания, а другая анодом — к нагрузке, генератор управляющих импульсов, подключенный через пороговые элементы к входам двух управляющих ключей, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, в него введены две форсирующие цепочки, выход первой из которых включен между управляоцей сеткой первой модуляторной лампы и анодом второй, выход второй — между управляющей сеткой вто рой модуляторной лампы и отрицательной шиной источника питания, а их

35 входы соединены соответственно с анодами первой и второй модуляторных ламп, причем первый управляющий ключ подключен между катодом первой модуляторной лампы и анодом второй, о а второй - между катодом второи модуляторной лампы и отрицательной шиной источника питания.

2. Модулятор по п.l, о т л и ч аю щ и " с я тем, что генератор управляющих импульсов выполнен в виде светодиода, оптически связанного через диэлектрические волноводы с пороговыми элементами.

3. Модулятор по п.l, о т л и50 ч а ю шийся тем, что каждый пороговый элемент содержит транзистор и последовательно соединенные ре-. зистор и фоторезистор, объединенный вывод которых подключен к базе тран55 зистора, причем в первом пороговом элементе фоторезистор подключен параллельно базаэмиттерному переходу, ю- соединенному с нагрузкой, а резис93 нулевого смещения, которое задается соответствующей коммутацией уп.равляющих ключей и 6.

Таким образом, с приходом управляющего импульса на вход генератора 1 управляющих импульсов управляющий ключ 5 и модуляторная лампа 7 открываются, а управляющий ключ 6 и модуляторная лампа 8 закрываются. Следовательно, формируется импульс.

Когда управляющий импульс кончается, генератор управляющих импульсов "гаснет" и процесс идет в обратном порядке. Формируется спад импульса и пауза.

Управляющие ключи 5 и 6 ввиду их малого внутреннего сопротивления нуждаются в специальной защите от пробоя во внешней цепи, например в лампе. В предлагаемом устройстве такая защита обеспечивается путем ограничения тока через ключи.

Это достигается введением резисторов 21 и 22 в эмиттерные цепи выходных транзисторов и ограничением входного напряжения каждого ключа с помощью цепочек 17 и 18, содержащих стабилитроны и диоды температурной компенсации по числу и-р пе- . реходов между входами ключей и резисторами 21-24. При таком включении падение напряжения на этих резисторах не может превысить опорной величины, задаваемой стабилитронами (иначе транзисторы закрываются ), что позволяет ограничить ток соответствующим порогом. Кроме того, это техническое решение позволяет легко решить, при необходимости проб лему выравнивания токов через выходные транзисторы при параллельном их включении.

Чтобы увеличить насыщение в полупроводниковых ключах выходных транзисторов, может быть применена подпитка (дополнительный источник)для входного каскада ключа путем подачи выпрямленного накального напряжения, как это показано на фиг.l.

Главной особенностью импульсного модулятора является двойное управление модуляторными лампами - по сетке (по цепи положительной обратной связи) и по катоду (от цепей .управления). Это позволяет совместно с световой развязкой по входу применить в качестве каскадов предварительного усиления управляющие кл чи без отдельных источников питания и тем самым уменьшить выходную емкость устройства, повысить

КПД, уменьшить длительность. фронтов и спадов выходных импульсов. Кроме того, уменьшение мощности потерь в дополнительных источниках питания и потерь на перезарядку паразитных емкостей позволяет снизить мощность каскадов предварительного усиления и выходных каскадов, повысить их надежность,. уменьшить габариты, вес и стоимость.

О 10 го транзистора, а эмиттером - с базой буферного транзистора, эмиттер кото" рого подключен к базам двух параллельно соединенных транзисторов, эмиттеры которых через дополнительные резисторы подключены к аноду стаби" литрона.

5. Модулятор по и.1, о т л и .ч аю шийся тем, что каждая форси- . рующая цепочка содержит трансформатор и конденсатор, причем первые выводы выходных обмоток трансформато- . ров соединены с управляющими сетка1ми модуляторных llaMn, аноды которых

1 через конденсаторы соединены с первыми выводами входных обмоток трансформаторов, а вторые выводы обмоток трансформаторов соединены между собой и пюдключены соответственно к .аноду первой модуляционной лампы и к отрицательной шине источника пи- . тания.

Источники информации,. принятые во внимание при экспертизе

1. Богомолов Ф.Г. Импульсный модулятор. - "Электронная техника, Сер.. 1, Электроника СВЧ", вып. 3, стр. 124.

2. Патент СВА М 3435378» л. 332-41, 25.О3. 1969.

9 93261 тор - базаколлекторному переходу, соединенному с входом управляющего ключа, а во втором пороговом элементе фоторезистор подключен парал лельно базаколлекторному переходу, соединенному с входом управляющего ключа, а резистор - к базаэмиттерному переходу, соединенному с отрицательной виной источника питания..

Ь. Модулятор по п.1, о т л и- 16 ч а ю шийся тем, что каждый управляющий. ключ содержит цепочку, состоящую из последовательно соединенных двух резисторов, трех диодов, : включенных в- прямом направлении.и ста-3$ билитрона, пять транзисторов, два из которых соединены. последовательно, причем первый транзистор базой подклю чен к обьединенному выводу резисторов, коллектором - к другому выво- щ ду первого резистора, а через диод, включенный в противоположном направлении, - к накальной цепи модуляторной лампы и через разделительный конденсатор - к ее катоду и к коллекто;. рам буферного и двух параллельно соединенных транзисторов, второй транзистор базой соединен с обьединенным выводом второго резистора и диода, коллектором - с эмиттером перво932610

Составитель Д.Ходырев

Техред И. Гайду Корректор У.Пономаренко

Редактор Н.Гришанова

Тираж 954 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3805/77

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4