Генератор імпульсів на лавинном транзисторі з підвищеними ккд і частотою проходження імпульсів (варіанти)

 

Винахід відноситься до імпульсної техніки і може бути використаний там, де видалення зайвого тепла обходиться надто дорого, наприклад в космосі, геофізичних дослідженнях, а також в імпульсних схемах різного призначення.

Відомий генератор імпульсів струму на тиристорі, що має S-подібну вольт-амперну характеристику (ВАХ), що містить зарядний дросель, що розв'язує діод, накопичувальний конденсатор, розрядний дросель з вентилем і селективну ланцюг, причому розрядний дросель з вентилем і селективна ланцюг включені між катодом тиристора і мінусовою шиною джерела живлення (А. С. №354540, МПК H03K 3/335, опубл. 09.11.1972 р.).

Недоліком даного пристрою є використання тиристора, який працює повільніше порівняно з лавинним транзистором. Нестандартне використання тиристора в якості ємності в високочастотних процесах ускладнює розрахунок і реалізацію схеми генератора. Наявність двох додаткових дроселів та надвисокочастотних діодів у розрядній ланцюга, використовуваних для формування короткого імпульсу, що ускладнює і здорожує схему.

Найбільш близьким до запропонованого є генератор наносекундних імпульсів, заснований на базовій схемі, з ісп(В. П. Дияконів. Лавинні транзистори і тиристори. Теорія і застосування. Серія «Компоненти і технології». - М.: СОЛОН-ПРЕС, 2012, с. 58). Схема цього генератора є основою для більшості пристроїв, виконаних на лавинних транзисторах. Вона містить ланцюг живлення бази, що служить для створення умов лавинного пробою, в яку входять резистор, що обмежує струм бази від джерела замикаючого напруги, розділовий конденсатор для передачі імпульсу запуску на базу і захисний діод, включений зустрічно-паралельно з переходом емітер-база лавинного транзистора, зарядний резистор, через який здійснюється заряду накопичувального конденсатора, і резистор навантаження, включений послідовно в ланцюг розряду накопичувального конденсатора через лавинний транзистор.

Недоліком генератора на основі цієї схеми є низький ккд заряду накопичувального конденсатора через зарядний резистор, асимптотично наближається до 50% при наближенні напруги заряду до напруги джерела живлення (див., наприклад, Я. Б. Зельдовіч, В. М. Яглом. Вища математика для початківців фізиків і техніків. М.: Наука, 1982, с. 380). Якщо для скорочення інтервалів між імпульсами напруга живлення піднімають вище тре як падіння напруги на баластному резисторі і, отже, що виділяється на ньому потужність відповідно зростають. Цим фактором, зокрема, пояснюються низькі можливості підвищення частоти проходження імпульсів для цієї схеми заряду. Застосування джерел струму для підвищення частоти імпульсів значно ускладнює конструкцію, не вирішуючи проблеми втрат на тепловиділення і зменшення навантаження на лавинний транзистор при перемиканнях.

Пропоноване винахід спрямовано на створення енергозберігаючої схеми генератора імпульсів наносекундного діапазону з можливістю багаторазового підвищення частоти імпульсів, із зниженою напругою живлення, що особливо важливо в довгостроково ізольованих системах, що використовують джерела енергії низької якості, наприклад, сонячні батареї або радіоактивність.

Поставлена задача вирішується генератором імпульсів на лавинном транзисторі з використанням S-подібної вольт-амперної характеристики з боку колектора, що містить накопичувальний конденсатор, підключений першим висновком до колектора лавинного транзистора, другим виводом через навантаження з'єднаний з емітером лавинного транзистора і загальним проводом, діод, включений зустрічно-паралельно переходу емітер-база лЏжения, який на відміну від прототипу містить зарядний дросель, один висновок якого підключений до джерела живлення, а другий - до колектора лавинного транзистора і до першого висновку накопичувального конденсатора, інший висновок якого через навантаження з'єднаний з емітером лавинного транзистора і загальним проводом.

Поставлена задача вирішується також генератором імпульсів на лавинном транзисторі з використанням S-подібної вольт-амперної характеристики з боку колектора, що містить накопичувальний конденсатор, підключений першим висновком до колектора лавинного транзистора, другим виводом через навантаження з'єднаний з емітером лавинного транзистора, база якого з'єднана з першим висновком обмежувального резистора, який на відміну від прототипу містить зарядний дросель, один висновок якого підключений до джерела живлення, а другий - до колектора лавинного транзистора і до першого висновку накопичувального конденсатора, керуючий транзистор, до колектора якого приєднаний другий висновок обмежувального резистора, причому база керуючого транзистора через стабілітрон з'єднана з емітером лавинного транзистора, а через шунтувальний резистор - зі своїм емітером і загальним прово�н розв'язують діод.

Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 представлена електрична схема генератора імпульсів на лавинном транзисторі з підключенням до джерела замикаючого напруги, на фіг. 2 - схема генератора імпульсів на лавинном транзисторі без підключення до джерела замикаючого напруги з використанням схеми управління лавинним транзистором, на фіг. 3 - графік напруги на колекторі при заряді і розряді накопичувального конденсатора, на фіг. 4 - графік напруги на колекторі з развязивающим діодом в ланцюзі заряду.

Генератор імпульсів (фіг. 1) містить лавинний транзистор 1, зарядний дросель 2, що з'єднує джерело живлення Ек з першим висновком накопичувального конденсатора 3 і колектором лавинного транзистора, обмежувальний резистор 4, що з'єднує базу транзистора 1 з джерелом замикаючого напруги Еб, діод 5, включений зустрічно-паралельно переходу емітер-база лавинного транзистора, і резистор навантаження 6, що з'єднує другий висновок накопичувального конденсатора 3 із загальним проводом і емітером лавинного транзистора. Вихідний імпульс знімається з резистора навантаження 6. Запускаючий імпульс подається на базу лавинного транзистора.

Для розширення інтервалу синхрон� може бути включений розв'язують діод 7.

Схема (фіг. 1) працює наступним чином.

При включенні джерела замикаючого напруги Еб і джерела живлення генератора Єк лавинний транзистор 1 замкнений, і розвивається коливальний процес заряду конденсатора 3 через зарядний дросель 2 і резистор навантаження 6. Струм дроселя збільшується від нуля до максимуму, який наступає при досягненні напруги на накопичувальному конденсаторі величини джерела живлення Ек. Після цього зарядний дросель 2 витрачає накопичену енергію на подальший заряд конденсатора.

Досягнутий рівень заряду накопичувального конденсатора майже в два рази перевищує напруга живлення Ек (див., наприклад, Я. Б. Зельдовіч, В. М. Яглом. Вища математика для початківців фізиків і техніків. М.: Наука. 1982, с. 391) і, отже, Єк має вибиратися з розрахунку 2Ек≤Um, де Um - напруга лавинного пробою (докладне визначення Um див. у виданні В. П. Дияконів. Лавинні транзистори і тиристори. Теорія і застосування. Серія «Компоненти і технології». - М.: СОЛОН-ПРЕС, 2012, с. 13).

На фіг. 3 показано, що після досягнення максимального напруги на накопичувальному конденсаторі 3 струм дроселя змінює напрямок, і починається розряд, після чого в момент часу t1 відбувається лавинн� 1 і резистор навантаження 6. Запускає імпульсу, що подається на базу лавинного транзистора в момент часу t2, як показано на наступному циклі заряду-розряду, коливальний процес може бути перерваний у будь-якій точці спадаючого ділянки. Довжина цього спадаючого ділянки залежить від номіналів елементів схеми. Лавинний транзистор працює в режимі очікування і відкривається. Після цього розвивається лавинний процес включення транзистора 1, і накопичувальний конденсатор 3 розряджається через лавинний транзистор 1 і резистор навантаження 6. Таким чином, генератор імпульсів може, як і прототип, працювати як в режимі синхронізації, так і автогенерации.

Генератор імпульсів (фіг. 2), містить лавинний транзистор 1, зарядний дросель 2, що з'єднує джерело живлення Ек з першим висновком накопичувального конденсатора 3 і колектором лавинного транзистора, резистор навантаження 6, що з'єднує другий висновок накопичувального конденсатора 3 з емітером лавинного транзистора, ланцюг автоматичного зсуву для створення замикаючого напруги, що складається з переходу емітер-база керуючого транзистора 8, зашунтованого резистором 9, і стабілітрона 10. Емітер керуючого транзистора 8 з'єднаний із загальним проводом. Катодний вивід стабилитроого транзистора 1 включений обмежувальний резистор 4. Вихідний імпульс знімається з резистора навантаження 6. Запускаючий імпульс подається на базу лавинного транзистора.

Генератор (фіг. 2) працює наступним чином.

Замикаючий напруга Еб в цьому генераторі створює схема керування включенням лавинного транзистора, що містить резистор 9, транзистор 8 і стабілітрон 10.

При включенні джерела живлення генератора Єк лавинний транзистор 1 замкнений, і розвивається коливальний процес заряду конденсатора 3 через зарядний дросель 2, резистор навантаження 6, стабілітрон 10 і зашунтированний резистором 9 перехід база-емітер керуючого транзистора 8. Струм зарядного дроселя 2 збільшується від нуля до максимуму, який наступає при досягненні напруги на накопичувальному конденсаторі 3 величини джерела живлення Ек. Після цього дросель витрачає накопичену енергію на подальший заряд конденсатора 3. Як і в схемі фіг. 1, досягнутий рівень заряду накопичувального конденсатора майже в два рази перевищує напруга живлення Ек.

Струм заряду конденсатора 3 після включення генератора створює між емітером транзисторів 1 і 8 різниця потенціалів Еб, що не перевищує граничного напруги емітер-база транзистора 1, що забезпечується сооивал керуючий транзистор 8 для замикання лавинного транзистора 1 на час заряду, а після закінчення заряду, коли струм заряду прагне до нуля, транзистор 8 закривався. Таким чином, транзистор 8 доповнює резистор 4, додаючи нелінійний опір переходу колектор-емітер, керованого струмом заряду конденсатора 3. Під час заряду конденсатора керуючий транзистор 8 відкритий і перебуває в режимі насичення, забезпечуючи такий же замикаючий струм бази, що і в схемі фіг. 1 з підключенням до джерела замикаючого напруги (маємо на увазі, що напруга насичення Uкэ близько до нуля). Такий режим визначає мінімальний струм колектора лавинного транзистора під час заряду. Навпаки, в кінці процесу заряду конденсатора 3 керуючий транзистор 8 виходить з насичення і закривається, що фактично означає обрив бази лавинного транзистора і прискорення лавинного пробою. Як і попередня, ця схема генератора може бути синхронізована зовнішнім імпульсом позитивної полярності, що ілюструє фіг. 3 (момент t2).

Для розширення часового інтервалу синхронізації лавинного пробою з зовнішніми пристроями або процесами послідовно з зарядним дроселем 2 може бути включений розв'язують діод 7 (фіг. 1, фіг. 2).

На фіг. 4 показано, як введення розв'язує діода 7 прерив�набуває вигляд прямої з дуже малим нахилом, оскільки розряд конденсатора визначається дуже малими зворотними струмами розв'язує діода і колектора замкненого лавинного транзистора. Це дозволяє при необхідності затримати момент лавинного пробою, однак затримка не може перевищувати часу розряду конденсатора 3 зворотними струмами колектора транзистора 1 і розв'язує діода 7 до напруги Uβ (В. П. Дияконів. Лавинні транзистори і тиристори. Теорія і застосування. Серія «Компоненти і технології». - М.: СОЛОН-ПРЕС, 2012, 21 с.), нижче якого лавинний пробій не виникає. На фіг. 4 показаний перший цикл заряду-розряду накопичувального конденсатора, де в момент часу t1 відбувається самовключение, а у разі подання в момент часу t2 запускаючого імпульсу до самовключення - кероване включення лавинного транзистора 1 і розряд накопичувального конденсатора 3, після чого починається новий цикл заряду-розряду. Так само як у відсутність розв'язує діода 7, довжина спадаючого ділянки залежить від номіналів елементів, але істотно розширює інтервал синхронізації без великих втрат енергії накопичувального конденсатора.

Поставлена задача досягається у винаході завдяки наступному.

При відсутності спеціального зарядноготки зарядного дроселя 2 і обмежувального резистора 4, що, як відомо, в багато разів менше звичайних величин зарядних резисторів (десятки тисяч Ом). Зниження напруги живлення генератора при цьому може бути доведено до дворазового при тих же параметрах вихідного імпульсу. Схема дозволяє збільшувати частоту повторення імпульсів за рахунок зменшення індуктивності зарядного дроселя. Це можливо завдяки тому, що до моменту початку лавинного пробою зарядний дросель 2 втрачає кінетичну енергію свого магнітного поля, і струм через нього близький до нуля. Розряд накопичувального конденсатора 3 відбувається настільки швидко, що струм дроселя не встигає змінитися, і новий цикл заряду-розряду повторює попередній. Таким чином, виключення і включення лавинного транзистора 1 відбувається при близькому до нуля струмі заряду, тобто в умовах, що забезпечують безпечне перемикання лавинного транзистора. Цей фактор підвищує час роботи лавинного транзистора до виходу з ладу.

Таким чином, запропоноване винахід дозволяє підвищити економічність і надійність роботи генератора.

1. Генератор імпульсів на лавинном транзисторі з використанням S-подібної вольт-амперної характеристики з боку колектора, що містить накопительзку з'єднаний з емітером лавинного транзистора і загальним проводом, діод, включений зустрічно-паралельно переходу емітер-база лавинного транзистора, база якого з'єднана через обмежувальний резистор з джерелом замикаючого напруги, який відрізняється тим, що містить зарядний дросель, один висновок якого підключений до джерела живлення, а другий - до колектора лавинного транзистора і до першого висновку накопичувального конденсатора.

2. Генератор імпульсів по п. 1, який відрізняється тим, що послідовно з зарядним дроселем включений розв'язують діод.

3. Генератор імпульсів на лавинном транзисторі з використанням S-подібної вольт-амперної характеристики з боку колектора, що містить накопичувальний конденсатор, підключений першим висновком до колектора лавинного транзистора, другим виводом через навантаження з'єднаний з емітером лавинного транзистора, база якого з'єднана з першим висновком обмежувального резистора, який відрізняється тим, що містить зарядний дросель, один висновок якого підключений до джерела живлення, а другий - до колектора лавинного транзистора і до першого висновку накопичувального конденсатора, керуючий транзистор, до колектора якого приєднаний другий висновок обмежувального резистора, причому база керую�ор - зі своїм емітером і загальним проводом.

4. Генератор імпульсів по п. 3, який відрізняється тим, що послідовно з зарядним дроселем включений розв'язують діод.



 

Схожі патенти:

Спосіб управління зарядним пристроєм ємнісного накопичувача енергії з дозуючими конденсаторами

Винахід відноситься до способів керування зарядними пристроями накопичувальних конденсаторів і може бути використане в електрофізичних установках з ємнісними накопичувачами енергії. Запропоновано спосіб управління зарядними пристроями ємнісного накопичувача енергії на початковій стадії зарядки робочу частоту змінювати функції поточного значення напруги ємнісного накопичувача енергії, а на основній стадії вибирати її величину виходячи з необхідного максимального значення потужності на циклі зарядки. Спосіб дозволяє отримати технічний результат - підвищити надійність роботи зарядних пристроїв з дозуючими конденсаторами, коефіцієнт використання первинного джерела живлення, а також скоротити час зарядки. 4 іл.

Пристрій для формування імпульсів гальмівного випромінювання

Винахід відноситься до високовольтної імпульсної техніки і може бути використане в імпульсному рентгенівському прискорювачі прямої дії. Технічний результат - формування серії послідовності імпульсів гальмівного випромінювання з мінімальним розміром фокусної плями для реєстрації швидкоплинних процесів. Пристрій для формування імпульсів гальмівного випромінювання містить генератор з індуктивним накопичувачем і электровзривающимися послідовно з'єднаними провідниками різного діаметру, ускорительную трубку з вакуумним діодом з «зверненим» катодом, що загострює розрядник, при цьому діаметр di і довжина li электровзривающихся провідників 2 визначаються за формулами: , де di - діаметр электровзривающегося провідника; W - енергія, запасена в генераторі; ρ - хвильовий опір розрядного контуру; , де li - довжина послідовно включених электровзривающихся провідників; Si - площа їх поперечного перерізу, γ - питомий електричний опір; ρ - хвильовий опір розрядного контуру; k≥0,03 - емпірично визначений коефіцієнт пропорційності. 1 з.п. ф-ли, 4 іл.

Джерело живлення для станцій безобмоточного розмагнічування кораблів

Винахід відноситься до області розмагнічування кораблів і може бути використане для живлення робочих обмоток розмагнічування з установкою на судах розмагнічування і на берегових станціях розмагнічування натомість використовуваних в даний час електромеханічних систем. В основі винаходу лежить використання ємнісного накопичувача енергії та принцип широтно-імпульсної модуляції для забезпечення підвищеної точності підтримки заданих параметрів імпульсів розмагнічування. Технічним результатом є зниження вимог до потужності живильної мережі, зменшення масогабаритних характеристик, високий ККД, простота обслуговування, безшумність і підвищення надійності. 1 з.п. ф-ли, 4 іл.

Формувач послідовності прямокутних імпульсів із змінною тривалістю і інтервалом

Винахід відноситься до імпульсної техніки і може бути використане в пристроях радиоавтоматики і системах автоматичного управління літальними апаратами. Технічним результатом є формування послідовності двох прямокутних імпульсів з можливістю зміни в широких межах їх тривалості (від 100 мс до 150-200 с) і інтервалу між ними (від 4 до 215 с). Пристрій містить чотири тригера Шмітта, джерело коливань довільної форми, три перемикача на два положення, джерело постійної напруги, два дільника напруги, інтегратор, перемножувач сигналів, два вичитающих пристрою і підсумкове пристрій. 2 іл., 1 табл.

Трансформаторний спосіб управління транзистором

Винахід відноситься до галузі управління транзистором і може використовуватися в автоматики, телемеханіки, робототехніки. Досягнутий технічний результат - забезпечення надійної ізоляції між керуючою і керованою ланцюгом. Трансформаторний спосіб управління транзистором характеризується тим, що вихідна силова керована ланцюг транзистора гальванічно розв'язується по базі з керуючою слабкострумової ланцюгом трансформаторної зв'язком вторинною обмоткою трансформатора, який може містити або не містити сердечник, при цьому керуюча ланцюг має качор в якості первинної обмотки трансформатора, який може мати не залежний від керованої ланцюга джерело живлення. 2 іл.

Спосіб обліку стріли провисання проводів трифазному трипровідному лінії електропередачі при її узгодженні з електричним навантаженням

Використання: в області електротехніки. Технічний результат - зменшення втрат електричної енергії. Узгодження трифазному трипровідному лінії електропередачі з електричним навантаженням досягається в результаті виконання певних умов, які посезонно можуть змінюватися внаслідок зміни первинних параметрів трифазному трипровідному лінії електропередачі, визначаються з урахуванням величини стріли провисання кожного проводу цієї лінії електропередачі. Посезонное зміна стріли провисання кожного проводу вимірюється за допомогою далекомірів. Узгодження полягає в зіставленні фактичного і еталонного опорів навантаження, напруги в кінці лінії або струмів, що надходять в навантаження. Вихідні дані про напругах і струмах в лінії отримують через пристрій сполучення або датчики, виконані у вигляді трансформаторів напруги і струму, спектроаналізаторів, дільників напруги або шунтів змінного струму. В результаті обробки вихідних даних у процесорі формуються керуючі сигнали для коригувальних органів, у якості яких можуть бути використані пристрої РПН силових трансформаторів, автоматизовані технологічні комплекси, накоанции інших типів. 1 з.п. ф-ли, 7 іл.

Спосіб стабілізації параметрів високовольтних імпульсів

Винахід відноситься до газорозрядної техніці, зокрема до схем генераторів високовольтних імпульсів з газорозрядним комутатором струму і індуктивним накопичувачем енергії, і може бути використане при створенні генераторів високовольтних імпульсів зі стабільними параметрами. Технічний результат - стабілізація параметрів генерованих імпульсів: амплітуди струму, амплітуди напруги на навантаженні і тривалості переднього фронту імпульсу напруги. Пропоноване винахід відрізняється тим, що в схемі включення газорозрядного комутуючого пристрою, що містить індуктивний накопичувач енергії, газорозрядний переривник струму, схему керування, датчик контролю температури, підсилювач, регулятор напруги, введена негативний зворотний зв'язок по напрузі розжарення водневого генератора газорозрядного комутуючого пристрою. 4 іл.

Пристрій заряду накопичувального конденсатора

Винахід відноситься до пристроїв заряду ємнісних накопичувачів електричної енергії, широко використовуються в імпульсній техніці, і може бути використане для «повільного» заряду конденсатора ємнісного накопичувача електричної енергії від джерела струму обмеженої потужності. Технічний результат полягає в підвищенні ККД і скорочення часу заряду накопичувального конденсатора. Пристрій містить джерело постійної напруги і трансформатор струму, перший висновок вторинної обмотки якого підключений до першого електрода накопичувального конденсатора, а другий електрод накопичувального конденсатора підключений до другого висновку вторинної обмотки трансформатора, в емітер керованого ключа включений датчик струму, вихід якого підключений до входу компаратора, а вихід компаратора - до входу генератора імпульсів, вихід якого підключений до керуючого входу керованого ключа, а другий вхід генератора імпульсів підключений до виходу компаратора напруги, вихід якого підключений до датчика струму у вторинній обмотці трансформатора. 2 іл.

Многомодульний генератор високовольтних імпульсів мультитераваттной потужності

Винахід відноситься до засобів систем енергопостачання установок для досліджень у різних областях фізики високих густин енергії. Технічний результат полягає в зменшенні різниці часу спрацьовування модулів мультитераваттного генератора. У пристрої система формування високовольтних імпульсів модуля виконана на основі подвійної ступінчастою формує лінії (ДСФЛ), а предимпульсний комутатор складається з керованих розрядників, що спрацьовують на спаді першої позитивної напівхвилі напруги, що формується ДСФЛ, причому внутрішній заземлений електрод подвійний ступінчастою формує лінії утворює пріосевой порожнину, в якій прокладені пускові кабелі для запуску розрядників предимпульсного комутатора. 1 з.п. ф-ли, 3 іл.

Мультивібратор

Винахід відноситься до імпульсної техніки і може бути використане в радіотехнічної та автомобільній промисловостях. Технічний результат - забезпечення регулювання параметрів вихідного імпульсного сигналу: шпаруватості, частоти проходження імпульсів або вимірювання тривалості імпульсів зовнішніми сигналами. Мультивібратор має два транзистора, два колекторних резистора, два перехідних конденсатора, кожен з яких з'єднаний з колектором одного і з базою іншого транзистора, при цьому мультивібратор додатково забезпечений двома транзисторами, двома колекторними резисторами і двома резисторами харчування баз додаткових транзисторів, додаткові транзистори з'єднані емітером до баз відповідних основних транзисторів, а базами і колекторами відповідно через резистори харчування баз і колекторні резистори - з джерелом живлення. 1 іл
Up!