Импульсный модулятор

 

Изобретение относится к электротехнике и радиотехнике. Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия устройства. Для этого в импульсный модулятор с промежуточным индуктивным накопителем введен второй пороговый блок 22, третий пороговый блок 24, блок 19 аварийного отключения и датчик 6 напряжения, подключенный параллельно защитному конденсатору 11, выход которого соединен через второй пороговый блок 22 с первым входом блока 19 аварийного отключения, второй вход которого соединен через третий пороговый блок 24 с выходом датчика тока 12, а выход - с управляющим входом коммутатора 20 отключения модулятора, включенного между выходом подмодулятора 23 и управляющим входом зарядного коммутатора 10. Причем защитный диод 4 включен параллельно источнику 2 постоянного напряжения в не проводящем по току направлении. При этом подмодулятор 23 выполнен с ограничением длительности выходного импульса. При коротком замыкании в нагрузке 17 или потере управляющих свойств коммутатора 18 срабатывают соответствующие пороговые блоки 22 или 24, а блок 19 аварийного отключения воздействует на управляющий вход коммутатора 20. Происходит отключение модулятора. 3 ил.

СОО3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУБЛИН

3йЯ

НАПЛНЗ- T

6ИБЛИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ AEHT СССР (21) 4293436/24"О? (22) 03.08,87 (46) 23.07.89. Бюл. Р 27 (72) Б.С.Истомин, В.A.Èâàíîâ и В.Л.Ильин (53) 621.376.5:621.316.925(088.8) (56) Берннтейн 3.А., Рудяченко Н.К.

Импульсные радиопередаюцие устройства. — Киев: Гос. изд. техн. лит.УССР, 1968, с. 214, рис. 108, и с. 118, рис. 67.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1027803, кл. H 03 К 7/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 898605, кл. Н 03 К 7/02, 1980. (54) ИИПУЛЬСЦЬЙ ИОДУЛЧТОР (57) Изобретение относится к электротехнике и радиотехнике. Цель изобретения — повыцение надежности и быстродействия устройства. Для этого в импульсный модулятор с промежуточным индуктивным накопителем введен второй пороговый блок 22, третий пороговый блок 24, блок 19 аварийного отключения и датчик 6 напряжения, „„SU„„1495986 А I (д1), Н 03 К 7/02, Н 02 Н 7/20

2 подключенный параллельно зацитному конденсатору 11, выход которого соединен через второй пороговый блок

22 с первым входом блока 19 аварийного отключения, второй вход которого соединен через третий пороговый блок ,24 с выходом датчика 12 тока, а выход — с управляющим входом коммутатора 20 отключения модулятора, включенного между выходом подмодулятора

23 и управляюцим входом зарядного коммутатора 10. Причем зацитный диод

4 включен параллельно источнику 2 постоянного напряжения в непроводящем по току направлении. При этом подмодулятор 23 выполнен с ограничением длительности выходного импульса. 6

При коротком замыкании в нагрузке 17 р или потере управляюцих свойств коммутатора 18 срабатывают соответствующие пороговые блоки 22 или 24, блок

19 аварийного отключения воздействует на управляюций вход коммутато-, ра 20. Происходит отключение модулятора. 3 ил.

1495986

Изобретение относится к электрон радиотехнике и может быть исполь-зовано в радиопередающих устройстВах, в основу схемы которых положена

Схема импульсного модулятора с полным разрядом накопителя, — линией формирования, Целью изобретения является повыение надежности и быстродействия 10 тключения импульсного модулятора, На фиг. 1 приведена схема имльсного модулятора с промежуточным ндуктивным накопителем с защитой, а фиг. 2 " эпюры напряжений и токов в узловых точках схемы модулятора и

1 устройства его защиты; на фиг. 3

Общая эквивалентная схема индуктивноГо накопителя.

Импульсный модулятор с промежуточым индуктивным накопителем и защитой одержит плавкий предохранитель I, сточник 2 постоянного напряжения, накопительный конденсатор 3, защитйый диод 4, первый пороговый блок 5, pàò÷èK 6 напряжения, зарядный блок 7, иод 8, резистор 9, зарядный коммута тор 10, защитный конденсатор 11, датчик 12 тока, индуктивный накопитель

13, формирователь 14 импульсов, заряднь|й диод 15, линию 16 формирования выходных импульсов, нагрузку 17, коммутатор 18, блок 19 аварийного отключения, коммутатор 20 отключения модулятора, элемент 21 задержки, вто 35 рой noporoB блок 22, подмодулятор

23, третий пороговый блок 24 и генератор 25 запускающих импульсов, эквивалентная схема индуктивного накопителя содержит индуктивность 26 рас- 40 сеяния, индуктивность 27 намагничивания, паразитную емкость 28 обмоток и сопротивление 29 потерь.

К сети переменного тока через плавкий предохранитель 1 подключен 45 источник 2 постоянного напряжения, выход которого шунтирован накопительным конденсатором 3, защитным диодом

4, включенным в непроводящем направлении по току, и входами зарядного блока 7, к которым подключены последовательно соединенные в проводящем направлении по току зарядный коммутатор 10, шунтированный последовательно соединенными включенным в прово- 55 дящем по току направлении дибдом 8, параллельно которому подключен резис.л тор 9, и защитным конденсатором 11, датчик 12 тока и индуктивный накопитель 13, выводы которого соединены с выходными выводами зарядного блока и входами формирователя 14 импульсов, параллельно которым подключены последовательно соединенные зарядный диод

15 и линия 16 формирования — шунтиро- вания, последовательно соединенными нагрузкой 17 модулятора и коммутатором 18 управляющий электрод которого через элемент 21 задержки соединен с выходом генератора 25 запускающих импульсов, который соединен также с первым входом подмодулятора 23, второй вход которого соединен с выходом первого порогового блока 5, вход которога соединен с выходом датчика 12 тока, при этом выход подмодулятора 23 соединен через коммутатор 20 отключения.модулятора с управляющим входом зарядного коммутатора 10; параллельно защитному конденсатору 11 подключен датчик 6 напряжения, выход которого соединен с входом второго порогового блока 22, а выход второго по- рогового блока 22 соединен с первым входом блока 19 аварийного отключения, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора 20 отключения модулятора, а второй вход соединен с выходом третьего порогового блока 24, вход которого соединен с входом первого порогового блока 5.

При этом, выполнение указанных на схеме устройства защиты импульсного модулятора с промежуточным индуктивным накопителем элементов и узлов является общеизвестным, а именно в качестве датчика напряжения может быть использован резистивный или емкостной делитель, в качестве датчика тока - трансформатор тока или резистор с калиброванной величиной сопротивления, зарядный коммутатор пред" ствлен в виде эквивалентной схемы, так как в качестве такового может быть применен в зависимости от уровня напряжения источника постоянного напряжения и коммутируемой мощности либо мощный транзистор, либо любой другой полностью управляемый прибор, например таситрон. Диод 8 также представлен в виде эквивалентной схемы, состоящей из последовательно соединенных диода и резистора, учитывающего внутреннее сопротивление . цепи диода, величина которого в зависимости от параметров схемы может быть сделана любой посредством под1495986 ключения последовательно с диодом цополнительного резистора. В качестве коммутатора отключения модулятора .может быть применен транзистор в ре5 жиме насыщения или любой другой управляемый электронный прибор с малым внутренним сопротивлением в открытом состоянии, формирователь импульсов модулятор с полным разрядом накопите- 10 ля, выполненный rro любой известной схеме, у которого в качестве коммутатора может быть применен тиристор, тиратрон, таситрон или любой другой электронный прибор с малым внутренним 15 сопротивлением в открытом состоянии, а нагрузка подключена через согласующий трансформатор, в качестве пороговых блоков могут быть применены выпускаемые промьппленностью в виде мик- 20 .росхем схемы компараторов или любого другого типа известные схемы, а в качестве блока аварийного отключения микросхемы ИЛИ, чтобы не усложнять схему, индуктивный накопитель пред- 25 ставлен в виде катушки индуктивности, хоzя на практике он может быть выполнен в виде катушки с дополнительной вторичной обмоткой или в виде катушки с дополнительными отвода- 30 ми, поэтому для пояснения процессов в модуляторе на фиг. 3 представлена наиболее общая эквивалентная схема индуктивного накопителя, состоящая из индуктивности 26 рассеяния, ин35 дуктивности 27 намагничивания, паразитной емкости 28 обмотки (обмоток) и сопротивления 29 потерь, пересчитанных в цепь заряда индуктивного накопителя, в качестве иодмодулятора 40 может быть использован любого тина импульсный генератор, например мультивибратор с усилителем на выходе, у которого передний фронт импульса совпадает с передним фронтом импуль- 45 са, подаваемого на первый вход, а задний фронт — с передним фронтом импульса, подаваемого на второй вход, и при этом. длительность выходного импульса подмодулятора ограничена и не должна превышать заданной максимальной величины.

Представленная схема импульсного модулятора с промежуточным индуктивным накопителем и защитой является функциональной и поэтому электрические, в том числе и импульсные, цепи изображены в виде функциональной связи. На схеме опущены источники смещения коммутаторов, сопротивления утечки в цепях управления коммутаторов, а также другие второстепенные элементы, например источники питания узлов схемы.

Импульсный модулятор работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжение на выходе источника 2 постоянного напряжения и напряжение U > (фиг.2в) на защитном конденсаторе 11 равны Е, остальные напряжения и токи в схеме нулю, зарядный коммутатор 10 находится в выключенном состоянии, а коммутатор 20 отключения модулятора — во включенном.

При поступлении в момент времени t, импульса U (фиг.2а) с выхода генератора 25 запускающих импульсов на первый вход подмодулятора 23 по-. следний формирует импульс U з (фиг.2б), который включает зарядный коммутатор 10, в результате чего начинается протекание тока по цепи: плюсовой вывод источника 2 постоянного напряжения, зарядный коммутатор

10, датчик 12 тока, катушка индуктивности накопителя 13 и минусовой вывод источника 2 постоянного напряже ния

При протекании тока i<> (фиг.2г) через индуктивный накопитель 13 в последнем запасается энергия . -1., 1

2 где L — индуктивность катушки индуктивности накопителя 13, равная сумме индуктивностей рассеяния 26 и намаг .щивания 27 (фиг.3).

При достижении заданной величины тока i,> (фиг.2г), которая определяется величиной напряжения U (фиг, 2>к), получаемого на выходе датчика 12 тока, и уровнем напряжения

U „д „ (фиг. 2ж) срабатывания первого порогового блока 5, с выхода последнего в момент времени t> выдается сигнал на второй вход подмодулятора

23, благодаря которому формируется задний фронт импульса U 3 (фиг. 2б) на выходе подмадулятора, а зарядный коммутатор 10 выключается.

B момент времени t выключения зарядного коммутатора 10 ток iI, через

1 индуктивный накопитель продолжает протекать, но при этом напряжение

1495986

U1> (фиг. 2д) на катуыке индуктивного накопителя 13 изменяет полярность, ток 1, протекающий через индуктивность 27 намагничивания, замыкает5 ся через зарядный диод 15 и линию 16 ормирования. Процесс продолжается о тех пор, пока, энергия Ч не будет ередана в емкость линии формироваия. При этом часть энергии N, а енно запасенная в индуктивности 26 ассеяния (фиг. 3), передается в емость защитного конденсатора 11 за чет протекания тока i через ин1

1З, уктивность 26 рассеяния, накопитель- 15

1й конденсатор 3, диод 8, датчик 12 тока и параэитную емкость 28, вслецтвие чего защитный конденсатор аряжается до номинального уровня апряжения 0 (фиг. 2в) . При нормаль-2() ой работе модулятора время полной ередачи энергии из индуктивности 26 ассеяния в защитный конденсатор 11 сегда должно быть меньне времени заяда линии 16 формирования (фиг.2е). 25

После окончания процесса заряда ли ии 16 формирования напряжение на ней достигает максимальной величины

О (фиг.2е), а на управляющий элект.род коммутатора 18 модулятора посту- . 30

Пает задержанный на время (фиг.2е) элементом 21 задержки импульса с выхода генератора 25 запус- кающих импульсов. Коммутатор 18 подЖигается» линия 16 формирования раз1» 35 ряжается, а на нагрузке 17 формируетс,я выходной импульс.

На этом процесс формирования им-. пульса модулятора заканчивается и после разряда защитного конденсатора 11 40

Через резистор 9 (возврата энергии в источник 2 постоянного напряжения) схема модугятора приходит в исходное состояние.

При нормальной работе модулятора 45 с. промежуточным индуктивным накопителем процессы в модуляторе протекают ,строго последовательно, а именно заряд промежуточного индуктивного накопителя от. источника постоянного напряжения в заданный интервал времени; разряд промежуточного индуктивного накопителя и заряд линии формирования; разряд линии формирования и формирование импульса íà нагрузке СВЧгенератора.

В реальных условиях могут нару- .

Ваться . процесс разряца ликии формирования в связи с изменением величины сопротивления Б.„ нагрузки в пределах от i<<, например, при нарушениях условий возбуждения СВЧ-генератора или отсутствии поджига коммутатора 18 модулятора, до Р „0 при наличии искрений в СВЧ-генераторе; процесс заряда и разряда промежуточного индуктивного накопителя в связи с изменением времени его заряда и начальных условий его разряда. Во всех случаях запасенная и неиспользованная энергия в промежуточном индуктивном накопителе или в линии формирования в последующие циклы работы модулятора является причиной возникновения перенапряжений на элементах его схемы и причиной выхода их из строя.

Пусть линия 16 формирования периодически не разряжается (фиг. 2е, момент времени t ), например, из-за того что коммутатор 18 не включается или СВЧ-генератор не возбуждается устойчиво (Rä- ). Тогда процесс заряда индуктивного накопителя 13 протекает точно так же, как и при нормальной работе модулятора, а его разряд происходит при начальном напряжении на линии 16 формирования, равном U

Поэтому в следующий .цикл работы модулятора„ который начинается в момент времени t@ после выключения зарядного коммутатора 10 энергия, запасенная в индуктивном накопителе, в процессе его заряда, практически полностью передается в емкость защитного конденсатора 11. Данный процесс происходит за счет протекания тока if по цепи: индуктивный накопитель 13 (последовательно соединные на фиг. 3 индуктивности намагничивания 27 и рассеяния 26), накопительный конденсатор 3, диод 8, защитный конденсатор 11 и датчик 12 тока. При этом защитный конденсатор 11 зарядится до напряжения U 11>U (фиг,2в), так как по сравнению с нормальной работой модулятора в емкость защитного конденсатора передается не только энергия, запасенная в индуктивности

26 рассеяния, но и значительно большая энергия, запасенная в индуктивности .27 намагничивания. При этом напряжение U не должно превышать

11. уровня напряжения, которое допустимо для закрытого зарядного коммутатора

1О» что всегда может быть обеспечено соответствующим выбором величины емкости защитного конденсатооа 11.

Увеличение напряжения 11, выше заданного допустимого предела U (U nn( (фиг. 2в), снимаемого с датчика

6 йапряжения и определяемого порогом срабатывания второго порогового устройства 22, является сигналом аварийной работы модулятора, который используется для включения блока 19 аварийного отключения выключателя.

При этом цепь между выходом подмодулятора 23 и управляющим входом зарядного коммутатора 10 разрывается, импульс U (фиг.2б) в момент времени не поступает на управляющий элект- 1

5 род зарядного коммутатора, .работа модулятора прекращается, а защитный конденсатор 11 начинает разряжаться через резистор 9, накопительный конденсатор 3, индуктивный накопитель 13 и датчик 12 тока. Разряд зацитного конденсатора продолжается до тех пор> пока напряжение U не достигнет значения U><„ в момент времени (фиг. 2в), и только после этого коммутатор 20 отключения модулятора снова включается, работа модулятора может быть продолжена.

Благодаря указанной защите устраняются возможные перенапряжения на элементах модулятора и осуцествляется защита зарядного коммутатора по напряжению.

При подаче запускающего импульса в момент времени t (фиг.2е) ня уп-. равляющий электрод коммутатора 18 и возникновения короткого замыкания (К„ О) линия 16 формирования перезаряжается отрицательно (полярность укЯЗЯна ИЯ фиг 1) ДО урОВня напря 40 жения -U (фиг. 2е). В этом случае линия 16 формирования может разря-. жаться через зарядный диод 15 и параллельно соединенные цепи: обмотку индуктивного накопителя 13, а также 45 последовательно соединенные датчик

12 тока, защитный конденсатор 11, резистор 9, накопительный конденсатор 3. Процесс носит колебательный характер и через половину периода 50 в момент времени tg (фиг.2е) напряжение на линии 16 формирования становится положительным и приблизительно равным.11 . Во время протекания процесса перезяряда емкости линии 16 форглирования в интервал времени (фиг. 2д) на обмотке индуктивного накопителя 13 создается падение на- . пряжения (полярность указана на

1495986

10 фиг. 1), препятствующее протеканию тока через зарядный коммутатор в случае подачи импульса на его управляюгцеш э гектрод, После окончания процесса перезаряда линии формирования и подачи запускающего импульса в момент времени t (фиг. 2а) на управляющий электрод зарядного коммутатора 10 в следующий цикл заряда процессы в модуляторе протекают точно так же, как и в предыдущем случае возникновения аварийного режима, когда К„и линия формирования не разряжается (фиг.2е).

° г

При увеличении тока i <3 в индукТНВНоМ накопителе 13 (момент времени t фиг.2) во время его заряда сверх допустимого уровня, вызванного, например, изменением порога срабатывания первого порогового блока 5 при одновременном увеличении уровня напряжения питания, ток через индуктивный накопитель может возрасти в 510 раз, что приведет к возрастанию в индуктивном накопителе энергии в

25-100 раз превышающей энергию, .запасаемую в нем в рабочем режиме. Возникновение такого аварийного режима в модуляторе приводит к неизбежному выходу из строя его элементов. Поэтому, чтобы исключить возникновение указанного аварийного режима, в устройстве защиты предусмотрено ограничение времени нахождения зарядного коммутатора в открытом состоянии посредством применения подмодулятора с фиксированной максимальной длительностью импульса, равной Т3 (фиг.2б момент времени с,), благодаря которой ток i не должен превышать допусТИМОГО ЗНЯЧЕНИЯ 1 g3 pgn

В случае, если ток в индуктивном накопителе превысит допустимое значение i<3 д „ (пунктир на фиг.2г) за время меньшее, чем Тз, то при достижении аварийно допустимого значения тока i 13 А0п в момент времени tti фиг. 2г) происходит разрыв цепи запуска зарядного коммутатора 10 путем выключения коммутатора 20 отключения модулятора. Данная операция производится сигналом с выхода блока 19 аварийного отключения при условии, если на его второй вход подается импульс с выхода третьего порогового блока 24.

Уровень напряжения U 3(фиг.2ж) порога срабатывания третьего иорогового блока 24 устанавливается таким, 95986

1 1 14 чтобы пороговый блок срабатывал при сигнале, снимаемом с датчика 12 тока, который соответствует аварийно до° 1 пустимому току i, д „, через зарядный коммутатор, превышение которого выводит последний из строя. Благо1 даря данной защите устраняются возможные перенапряжения в модуляторе, вызванные эапасениеи избыточной энергии,в промежуточном индуктивном накопителе, и осуществляется защита зарядного коммутатора по току.

В случае потери зарядным коммутатором вентильных и управляющих свойств (короткое замыкание в коммутаторе) функцию защиты модулятора выполняет плавкий предохранитель 1.

В данном случае его сгорание неизбежно, так как при этом источник питания оказывается нагруженным на ма:лой величине. Активное сопрртивление в основном определяется активным сопротивлением подводящих проводов, сопротивлением датчика 12 тока и сопротивлением 29 обмоток индуктивного накопителя. При отключении источника постоянного напряжения накопительный конденсатор 3 разряжается через за- . рядный коммутатор и индуктивный накопитель, а после разряда последнего ток индуктивного накопителя замыкается через защитный диод 4. При этом энергия, запасенная в индуктивном накопителе, выделяется на активном сопротивлении указанных элементов зарядной цепи и внутреннем сопротивлении защитного диода. Благодаря применению защитного диода устраняются перенапряжения в цепях модулятора, которые возникают при сгорании плавкого предохранителя за счет запасенной энергии в индуктивном накопителе.

Рассмотренное устройство защиты импульсного м6дулятора с промежуточным накопителем энергии, кроме быстродействия, определяемого электронной скоростью выключения коммутато ра 20, отключения модулятора, и высокой надежности, которая достигается не только применением защиты модулятора по отбираемому от источника питания току, но и применением защиты по напряжению на зарядном коммутаторе, позволяет достаточно быстро отыскать неисправность в модулят6ре, что достигается благодаря использованию снимаемых с выхода второго и третьего пороговых блоков сигналов в систе25

55 ме контроля аппаратуры, в которой применяется предлагаеиьш модулятор.

Так появление сигнала на выходе третьего порогового блока свидетельствует о неисправности зарядного коммутатора и цепей его управления, появление сигнала на выходе второго порогового блока свидетельствует о том, что неисправен коммутатор модулятора, а возникновение при этом напряжения на индуктивном накопителе с полярностью (фиг. 1) сигнализирует о тои, что в генераторе СВЧ имеют место искрения. Точно также может быть использована сигнализация о сгорании плавкого предохранителя, свидетельствующая о том, что данная неисправность с большой степенью вероятности вызвана выходом из строя зарядного коммутатора.

Формула и з о б р е т е н и я

1 пульсный модулятор, содержащнй источник постоянного напряжения, зарядный блок, включающий в себя зарядный коммутатор, датчик тока, включенный в силовую шину импульсного модулятора, и индуктивный накопитель, выводы которого соединены с выходными выводами зарядного блока, формирователь выходных импульсов, входными выводами подключенный к выходным выводам зарядного блока и включающий в себя зарядный диод, включенный в силовую шину импульсного модулятора и соединенный с линией формирования выходных импульсов, включенной между силовыми шинами импульсного модулятора, и коммутатор, причем коммутатор и выводы для подключения нагрузки включены s последовательную цепочку, подключенную параллельно линии формирования выходных импульсов, генератор запускающих импульсов, выходом подключенный к входу элемента задержки, выходом подключенного к управляющему входу коммутатора„ подмодулятор„ один вход которого подключен к выходу генератора запускающих импульсов, другой вход подмодулятора через первый пороговый блок подключен к выходу датчика тока, о т л и ч а ю щ и " c я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия отключения импульсного модулятора, в него введены плавкий предохранитель, накопительный конденсатор, защитный диод, датчик напряжения, второй н третий пороговые блоки, 1495986

14 блок аварийного отключения и коммутатор отключения импульсного,модулятора, а в зарядный блок введены диод, резистор и защитный конденсатор, при5 чем в зарядном блоке защитный конденсатор и резистор включены в .последовательную цепочку, подключенную параллельно зарядному коммутатору, а диод включен параллельно резисто- 1б ру анодом к аноду зарядного коммутатора, плавкий предохранитель включен между входом источника постоянного напряжения и выводом для подключения сети, защитный диод под- 15 ключен к входным выводам зарядного блока и включен параллельно накопительному конденсатору, подключенному в непроводящем по току направлении параллельно выходным выводам источника постоянного напряжения, датчик напряжения вхоцом подключен параллельно защитному конденсатору, а вы-. ходом через второй пороговый блок подключен к первому входу блока аварийного отключения, выходом подключенного к управляющему входу коммутатора отключения импульсного модулятора, выход датчика. тока через третий пороговый блок подключен к второму входу блока. аварийного отключения, при этом выход подмодулятора соединен с управляющим входом зарядного коммутатора через коммутатор отключения импульсного модулятора.

1495986

Составитель О.Мещерякова

Редактор И.Шулла Техред Л.Олийнык Корректор М.Марони ь 1аказ 4286/56 Тираж 884 Подписное

ВйИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 йроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101