DE3411712A1

DE3411712A1 - Circuit for generating very short power pulses

Info

Publication number: DE3411712A1
Application number: DE19843411712
Authority: DE
Inventors: Klaus Von Dr.-Ing. 8190 Wolfratshausen Pieverling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-03-29
Filing date: 1984-03-29
Publication date: 1985-10-10
Also published as: DE3411712C2

Abstract

In a pulse-controlled transistor switch, power MOS transistors (T), which can be connected in parallel to generate extremely short power pulses of arbitrary number, are used which have a very low input impedance due to the use of a special input transformer (E) provided with only a single secondary turn or a few secondary turns, and thus permit a high control current so that extremely short switching times and thus also very short power pulses can be achieved for load control, for example in the pulse modulation of a space-charge-wave tube. The invention is suitable for use in pulsed radar transmitters. <IMAGE>

Description

Schaltung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungs-Circuit for generating very short power

impulsen.impulses.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungsimpulsen, insbesondere zur Auf- und Zutastung einer Laufzeitröhre, unter Verwendung eines Transistorschalters, der in seinem Eingangskreis zur Ansteuerung eine Impulssteuerquelle und in seinem Ausgangskreis außer der Last, d.h. z.B. der Laufzeitröhre, als Energiespeicherelement einen Kondensator aufweist, der sich jeweils während einer Impulsdauer teilweise auf die Last entlädt und der während der Impulspausen von einer Gleichspannungsquelle wieder aufgeladen wird.The invention relates to a circuit for generating very short power pulses, especially for opening and closing a transit time tube, using a transistor switch in its input circuit for control a pulse control source and in its output circuit other than the load, i.e. e.g. the Time tube, has a capacitor as an energy storage element, each of which partially discharges to the load during a pulse duration and that during the pulse pauses is recharged from a DC voltage source.

Zur Erzeugung von Leistungsimpulsen sind aus der Radartechnik zwei unterschiedliche Prinzipien bekannt. Im einen Fall ist eine Laufzeitkette oder ein Verzögerungsnetzwerk als Speicherelement vorgesehen, da dieses einen Rechteckimpuls erzeugen und durch eine gasgefüllte Röhre (Thyratron) oder einen Thyristor betrieben werden kann.There are two radar technology for generating power pulses different principles known. In one case there is a runtime chain or a Delay network provided as a storage element, since this is a square pulse generated and operated by a gas-filled tube (thyratron) or a thyristor can be.

Diese Kombination, bestehend aus der Laufzeitkette und der Gasröhre bzw. dem Thyristor wird gewöhnlich als Leitungstyp-Modulator bezeichnet. Sie hat zwar einen weiten Anwendungsbereich in der Radartechnik wegen ihrer Einfachheit, der kompakten Abmessungen und der Fähigkeit, abnormale Belastungszustände zu überstehen, wie sie beispielsweise durch Funkenüberschläge beim Magnetron verursacht werden können.This combination, consisting of the delay chain and the gas pipe or the thyristor is usually referred to as a conduction-type modulator. she has Although it has a wide range of applications in radar technology because of its simplicity, the compact dimensions and the ability to withstand abnormal stress conditions, such as those caused by arcing in magnetrons, for example can.

Pulsgeneratoren, die nach diesem Speicher-Entladeprinzip arbeiten, weisen allerdings den Nachteil auf, daß sich nur feste Impulslängen erzeugen lassen und sich somit Schwierigkeiten bei einer Änderung der Impulsbreiten ergeben. Die Ursache für diesen Nachteil beim Laufzeitketten-Pulsmodulatortyp liegt darin, daß der durch die Gasröhre oder den Thyristor realisierte Schalter nur jeweils den Anfang der Impulse steuert.Pulse generators that work according to this accumulator discharge principle, however, have the disadvantage that only fixed pulse lengths can be generated and thus difficulties in changing the pulse widths result. The cause of this disadvantage in the run-time chain pulse modulator type lies in that the switch implemented by the gas tube or the thyristor only in each case controls the beginning of the impulses.

Beim zweiten Prinzip zur Bildung von Leistungsimpulsen wird mit einem Schalter gearbeitet, der sowohl den Anfang als auch das Ende der Impulse steuert. Das Energiespeicherelement ist hierbei ein Kondensator. Als Schalter wird eine Vakuumröhre oder ein gesteuertes Halbleiterbauelement verwendet. Um einen stärkeren Abfall in der Pulsform aufgrund der Exponentialfunktion der Kondensatorentladung zu vermeiden, wird nur ein kleiner Anteil der gespeicherten Energie zur Impulslieferung an die Last herangezogen. Der sogenannte Hard-Tube-Modulator oder auch als Active-Switch-Modulator bezeichnete Impulsgenerator gestattet mehr Flexibilität und Genauigkeit als ein Laufzeitketten-Pulsmodulator. Es ist möglich, mit unterschiedlichen Pulsbreiten und verschiedenen Pulswiederholfrequenzen zu arbeiten, und es lassen sich dicht aufeinanderfolgende Impulse erzeugen. Im Zusammenhang mit den letztgenannten Impulsgeneratoren wird auf das Buch von M.Skolnik: "Radar Handbook", McGraw-Hillbook Comp. 1970, Seiten 7-78 bis 7-87 hingewiesen.The second principle for the formation of power pulses is with a Worked switch that controls both the beginning and the end of the pulses. The energy storage element here is a capacitor. A vacuum tube is used as the switch or a controlled semiconductor device is used. To get a bigger drop in to avoid the pulse shape due to the exponential function of the capacitor discharge, only a small part of the stored energy is used to deliver impulses to the Load drawn. The so-called hard tube modulator or also as an active switch modulator called pulse generator allows more flexibility and accuracy than a Time chain pulse modulator. It is possible with different pulse widths and different pulse repetition frequencies to work, and it can be tight generate successive pulses. In connection with the last-mentioned pulse generators is based on the book by M.Skolnik: "Radar Handbook", McGraw-Hillbook Comp. 1970, pages 7-78 to 7-87.

Es stößt jedoch auf Schwierigkeiten, mit gesteuerten Halbleiterelementen, z.B. Transistoren, ausgestattete Leistungsimpulsgeneratoren nach dem letztgenannten Prinzip für extrem kurze Schaltzeiten, d.h. einige Nanosekunden (ns), und damit auch für sehr kurze Impulslängen, bis herunter zu 30 ns, zu realisieren.However, it encounters difficulties with controlled semiconductor elements, e.g. transistors, equipped power pulse generators according to the latter Principle for extremely short switching times, i.e. a few nanoseconds (ns), and thus Can also be implemented for very short pulse lengths, down to 30 ns.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungsimpulsen anzugeben, welche die angegebenen extrem kurzen Schaltzeiten bewältigt, so daß sich Radarmodulatoren in einem Leistungsbereich bis zu etwa 100 kW mit beliebig variablen Impulslängen bis herunter zu ca.30 ns verwirklichen lassen.The object of the invention is to provide a circuit for generating very indicate short power pulses, which the specified extremely short switching times managed, so that radar modulators in a power range up to about 100 kW with arbitrarily variable pulse lengths down to about 30 ns.

Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Schaltung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungsimpulsen der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Transistor ein sogenannter Power-MOS-Feldeffekttransistor vorgesehen ist, der in seinem Eingangskreis einen an seiner Primärwicklung von der Impulssteuerquelle beaufschlagten Eingangsübertrager aufweist, dessen Sekundärwicklung nur aus einer einzigen Windung oder aus wenigen Windungen besteht, wobei die beiden Sekundärwicklungsenden unmittelbar mit den beiden Eingangselektroden des Power-MOS-Feldeffekttransistors verbunden sind, so daß sich ein verhältnismäßig hoher Steuerstrom ergibt. In den Datenblättern für Power-MOS-Feldeffekttransistoren sind als Einschalt- und Ausschaltzeiten für die verschiedensten Typen zumindest immer 50 ns angegeben, so daß sich daraus eine Verwendung derartiger Transistoren für das in diesem Fall vorliegende Schaltproblem nicht herauslesen läßt. Durch die Beschaltung des Eingangskreises mit einem Eingangsübertrager, dessen Sekundärwicklung nur eine einzige Windung oder sehr wenige Windungen aufweist, können hohe Steuerströme erreicht werden. Dadurch ergeben sich die geforderten extrem kurzen Schaltzeiten von einigen Nanosekunden.According to the invention, which relates to a circuit for generating refers to very short power pulses of the type mentioned above, this task becomes solved in that a so-called power MOS field effect transistor as the transistor is provided, the one on its primary winding of the in its input circuit Has pulse control source acted upon input transformer, the secondary winding consists of only a single turn or a few turns, the two Secondary winding ends directly with the two input electrodes of the Power MOS field effect transistor are connected, so that there is a relatively high control current. In the Data sheets for Power MOS field effect transistors are available as switch-on and switch-off times for the most diverse types at least always 50 ns are given, so that from it a use of such transistors for the switching problem present in this case can not be read out. By connecting the input circuit with an input transformer, the secondary winding of which has only a single turn or very few turns, high control currents can be achieved. This results in the required extreme short switching times of a few nanoseconds.

In vorteilhafter Weise ist der Übertrager als Ringkernübertrager ausgebildet. Eine besonders günstige Funktion der Schaltung hat sich dann ergeben, wenn auf dem Ringkern des Ringkernübertragers lediglich die eine größere Anzahl von Windungen aufweisende Primärwicklung aufgewickelt ist und die aus der einen Windung bestehende Sekundärwicklung aus einem zylinderförmigen Metalltopf mit einem koaxialen Innenzylinder besteht, der am Boden des in Verlängerung mit dem Hohlraum des Innenzylinders eine Öffnung aufweisenden Metalltopfes befestigt ist. Der Ringkern ist dann zusammen mit der darauf angebrachten Primärwicklung im Raum zwischen dem Metalltopf und dem Innenzylinder angeordnet. Die zwei Anschlußleiter für die Primärwicklung lassen sich ohne Schwierigkeiten durch ein kleines Loch im Metalltopf herausführen. Die vorstehend ausgeführte Ausbildung des Eingangsübertragers als Ringkernübertrager gestattet einen vorteilhaften Einsatz bei gedruckten Schaltungen. Die dem Boden abgewandten kreisförmigen Ränder des Metalltopfes und des koaxialen Innenzylinders lassen sich auf voneinander isolierten Leiterbereichen einer gedruckten Leiterplatte leitend auflegen. Auf dieser Leiterplatte wird auch der jeweilige Power-MOS-Feldeffekttransistor angebracht. Die topfartige Sekundärwicklung läßt sich vergleichen mit einer größeren Anzahl parallelgeschalteter Einzel windungen auf der Sekundärseite des Ringkernübertragers.The transformer is advantageously designed as a toroidal core transformer. A particularly favorable function of the circuit has resulted when on the Toroidal core of the toroidal core transformer only has a larger number of turns having primary winding is wound and the one from the one Secondary winding consisting of a cylindrical metal pot with a turn coaxial inner cylinder consists of the at the bottom of in extension with the cavity of the inner cylinder having an opening is attached to the metal pot. The toroid is then together with the primary winding attached to it in the space between the Metal pot and the inner cylinder arranged. The two connecting conductors for the primary winding can be led out through a small hole in the metal pot without difficulty. The above-mentioned design of the input transformer as a toroidal core transformer allows advantageous use in printed circuits. The one on the ground remote circular edges of the metal pot and the coaxial inner cylinder can be applied to conductor areas of a printed circuit board that are insulated from one another hang up conductive. The respective Power MOS field effect transistor is also located on this circuit board appropriate. The pot-like secondary winding can be compared with a larger one Number of individual turns connected in parallel on the secondary side of the toroidal core transformer.

Die MOS-Feldeffekttransistoren lassen sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ohne Einschränkung parallel schalten. Dadurch können Radarmodulatoren im 100 kW-Bereich mit beliebig variablen Pulslängen bis herunter zu 30 ns ohne Schwierigkeiten realisiert werden. Die Parallelschaltung der MOS-Transistoren läßt sich in verschiedener Weise realisieren. Es können z.B. nur die im Ausgangskreis liegenden Elektroden mehrerer MOS-Transistoren zueinander parallelgeschaltet werden, wobei dann in jedem Eingangskreis dieser Transistoren jeweils ein Eingangsübertrager liegt, und die Primärseiten aller Ubertrager parallelgeschaltet sind. Eine andere Möglichkeit der Parallelschaltung besteht darin, mehrere Power-MOS-Feldeffekttransistoren mit ihren sich entsprechenden Elektroden zueinander parallel zu schalten und für mehrere dieser parallel geschalteten Transistoren nur einen einzigen Eingangsübertrager zur Ansteuerung vorzusehen.The MOS field effect transistors can be according to an advantageous Connect further development of the invention in parallel without restriction. This allows Radar modulators in the 100 kW range with any variable pulse length down to to 30 ns can be realized without difficulty. The parallel connection of the MOS transistors can be implemented in various ways. E.g. only those in the output circuit can lying electrodes of several MOS transistors are connected in parallel to one another, with one input transformer in each input circuit of these transistors and the primary sides of all transmitters are connected in parallel. Another The possibility of parallel connection consists in using several Power-MOS field-effect transistors with their corresponding electrodes parallel to each other switch and only one for several of these transistors connected in parallel Provide input transformer for control.

Ein besonders günstiges Arbeiten der Schaltung zur Erzeugung von Leistungsimpulsen nach der Erfindung ergibt sich dann, wenn zwei im Gegentakt betriebene Transistorschalter vorgesehen sind, die in ihrem Eingangskreis von einer ebenfalls im Gegentakt arbeitenden Impulssteuerquelle beaufschlagt werden. Jeder der beiden erwähnten Transistorschalter kann dabei aus einer Parallelschaltung mehrerer Power-MOS-Feldeffekttransistoren bestehen.A particularly favorable operation of the circuit for generating power pulses According to the invention, it arises when two transistor switches operated in push-pull are provided that in their input circuit of a likewise working in push-pull Pulse control source are applied. Each of the two transistor switches mentioned can consist of a parallel connection of several Power MOS field effect transistors exist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von fünf Figuren erläutert.The invention is explained below with reference to five figures.

Es zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Schaltung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungsimpulsen nach der Erfindung, Fig. 2 in perspektivischer Ansicht einen Eingangsübertrager nach der Erfindung mit Draufsicht auf einen Ausschnitt einer dazugehörenden Leiterplatte, Fig. 3 eine Schaltung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungsimpulsen nach der Erfindung unter Verwendung einer Gegentakt-Source-Schaltung, Fig. 4 das vollständige Schaltbild einer Schaltung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungsimpulsen nach der Erfindung unter Verwendung einer Gegentakt-Gate-Schaltung, Fig. 5 eine Schaltung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungsimpulsen nach der Erfindung mit mehreren in Kaskade geschalteten Power-MOS-Feldeffekttransistoren.1 shows a basic circuit diagram of the circuit for generating of very short power pulses according to the invention, Fig. 2 in perspective View of an input transformer according to the invention with a plan view of a section an associated circuit board, Fig. 3 shows a circuit for generating very short power pulses according to the invention using a push-pull source circuit, Fig. 4 shows the complete circuit diagram of a circuit for generating very short Power pulses according to the invention using a push-pull gate circuit, 5 shows a circuit for generating very short power pulses according to the invention with several Power MOS field effect transistors connected in cascade.

Fig.1 zeigt in einem Schaltbild eine Schaltung nach der Erfindung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungsimpulsen.1 shows a circuit diagram according to the invention for generating very short power pulses.

Diese Leistungsimpulse sollen eine Last R beaufschlagen.These power pulses are intended to apply a load R.

Diese Last R kann z.B. durch ein Magnetron gebildet werden, welches auf- und zugetastet werden soll. Zur Bildung der sehr kurzen Leistungsimpulse wird ein Transistorschalter verwendet, der einen Power-MOS-Feldeffekttransistor T in Source-Schaltung aufweist. Die Last R liegt im Ausgangskreis dieses Transistors T und wird über einen Ausgangsübertrager Ü angesteuert. An der Sekundärwicklung dieses Übertragers ü liegt die Last R, während an der Primärwicklung am einen Ende die Drain-Elektrode und am anderen Ende der Pluspol einer Leistungs-Gleichspannungsquelle UG liegt, welche eine Spannung von z.B. 400 V abgibt. Der Minuspol dieser Gleichspannungsquelle UG liegt an Masse. Parallel zur Gleichspannungsquelle UG liegt noch ein Kondensator C, der als Energiespeicherelement dient und sich jeweils während einer Impulsdauer teilweise auf die Last R entlädt, dagegen während der Impulspausen von der Gleichspannungsquelle UG wieder aufgeladen wird. Die Source-Elektrode des Feldeffekttransistors T liegt an Masse. Im Eingangskreis des Transistors T liegt ein Eingangsübertrager E, der an seiner eine größere Anzahl von Windungen aufweisenden Primärwicklung von einer Impulssteuerquelle Q beaufschlagt wird. Die Sekundärwicklung des Eingangsübertragers E besteht aus nur einer einzigen Windung oder aus wenigen Windungen, wobei die beiden Sekundärwicklungsenden unmittelbar mit den beiden Eingangselektroden, d.h.This load R can for example be formed by a magnetron, which should be opened and closed. To form the very short power impulses a transistor switch is used, which has a power MOS field effect transistor T in Has source circuit. The load R is in the output circuit of this transistor T and is controlled via an output transformer Ü. On the secondary winding this transformer ü is the load R, while on the primary winding at one end the drain electrode and at the other end the positive pole of a power DC voltage source UG, which emits a voltage of e.g. 400 V. The negative pole of this DC voltage source UG is due to mass. Another capacitor is parallel to the DC voltage source UG C, which serves as an energy storage element and is in each case during a pulse duration partially discharged to the load R, on the other hand during the pulse pauses from the DC voltage source UG is recharged. The source electrode of the field effect transistor T is located in bulk. In the input circuit of the transistor T is an input transformer E, the on its primary winding, which has a larger number of turns, of one Pulse control source Q is applied. The secondary winding of the input transformer E consists of only a single turn or of a few turns, the two being Secondary winding ends directly with the two input electrodes, i.e.

der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode, des Power-MOS-Feldeffekttransitors T verbunden sind. Es ergibt sich durch diese Maßnahme im Eingangskreis des Transitors T ein verhältnismäßig hoher Steuerstrom. Dieser hohe Steuerstrom läßt extrem kurze Schaltzeiten, bis zu einigen Nanosekunden, zu. Die Leistungsimpulslänge an der Last R hängt bei dieser Schaltung direkt von den Steuerimpulsen der Quelle Q ab, da sowohl die Eingangsflanke eines Leistungsimpulses als auch dessen Ausgangsflanke vom Transistor T in Abhängigkeit vom Eingangsimpuls geschaltet werden.the gate electrode and the source electrode, the Power MOS field effect transistor T are connected. It results from this measure in the input circuit of the transistor T a relatively high control current. This high control current leaves extremely short Switching times, up to a few nanoseconds, too. The power pulse length at the load R depends on this Circuit directly from the control pulses of the Source Q, as both the input edge of a power pulse and its Output edge from transistor T can be switched depending on the input pulse.

Es lassen sich mehrere Power-MOS-Transistoren T ohne Einschränkung parallelschalten, so daß Radarmodulatoren im 100 kW-Bereich mit beliebig variablen Impulslängen, bis herunter zu 30 ns, realisiert werden können.Several power MOS transistors T can be used without restriction connect in parallel, so that radar modulators in the 100 kW range with any variable Pulse lengths down to 30 ns can be realized.

Als Eingangsübertrager E wird in zweckmäßiger Weise ein Ringkernübertrager verwendet. Das Ausführungsbeispiel eines solchen Ringkernübertragers, wie er z.B. bei der Schaltung nach Fig. 1 in vorteilhafter Weise verwendet werden kann, ist in Fig.2 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt.A toroidal core transformer is expediently used as the input transformer E used. The embodiment of such a toroidal core transformer, as e.g. can be used in an advantageous manner in the circuit of FIG shown in Fig.2 in a perspective view.

Auf dem Ringkern 1 dieses Ringkernübertragers ist lediglich die eine größere Anzahl von Windungen aufweisende Primärwicklung 2 aufgewickelt. Die aus der einen einzigen Windung bestehende Sekundärwicklung weist einen zylinderförmigen Metalltopf 3 mit einem koaxialen Innenzylinder 4 auf, der am Boden 5 des Metalltopfes 3 befestigt ist. In Verlängerung mit dem Hohlraum 6 des metallischen Innenzylinders 4 ist der Boden 5 mit einer Öffnung 7 versehen. Der Ringkern 1 ist zusammen mit der darauf angebrachten Primärwicklung 2 im Raum zwischen dem Metalltopf 3 und dem Innenzylinder 4 angeordnet. Die zwei nach außen isolierten Anschlußleiter 8 und 9 für die Primärwicklung 2 sind durch ein kleines Loch 10 aus dem Metalltopf 3 herausgeführt. Der Metalltopf mit dem metallischen Innenzylinder 4 und dem Boden 5 entspricht der Parallelschaltung einer Vielzahl von Windungen auf der Sekundärseite und führt zu einem extrem niedrigen Widerstand auf der Eingangsseite des Power-MOS-Feldeffekttransistors.On the toroidal core 1 of this toroidal core transformer is only one wound primary winding 2 having a larger number of turns. From the secondary winding, which consists of a single turn, has a cylindrical shape Metal pot 3 with a coaxial inner cylinder 4 on the bottom 5 of the metal pot 3 is attached. In extension with the cavity 6 of the metallic inner cylinder 4, the bottom 5 is provided with an opening 7. The toroidal core 1 is together with the attached primary winding 2 in the space between the metal pot 3 and the Inner cylinder 4 arranged. The two outwardly insulated connecting conductors 8 and 9 for the primary winding 2 are led out of the metal pot 3 through a small hole 10. The metal pot with the metallic inner cylinder 4 and the bottom 5 corresponds to Parallel connection of a large number of turns on the secondary side and leads to an extremely low resistance on the input side of the Power MOS field effect transistor.

Dieser sehr niedrige Eingangswiderstand läßt dann den gewünschten hohen Steuerstrom zu. Der Hohlraum 6 des metallischen Innenzylinders ist nur wegen der möglichen Schraubbefestigung auf einer Leiterplatte 15 erforderlich.This very low input resistance then leaves the desired high control current too. The cavity 6 of the metallic inner cylinder is only because of the possible screw fastening on a circuit board 15 is required.

Der dem Boden 5 abgewandte kreisförmige Rand 11 des Metalltopfes 3 und der koaxiale Innenzylinder 4 mit seiner Stirnfläche 12 werden auf voneinander isolierten Leiterbereichen 13 und 14 einer gedruckten Leiterplatte 15 leitend aufgelegt. Auf dieser Leiterplatte 15 kann dann auch der Power-MOS-Feldeffektransistor angebracht werden. In Fig. 2 ist lediglich ein Ausschnitt der Leiterplatte 15 dargestellt, die eine Vielzahl derartiger Anordnungen aufweisen kann.The circular edge 11 of the metal pot 3 facing away from the base 5 and the coaxial inner cylinder 4 with its end face 12 are on each other insulated conductor areas 13 and 14 of a printed circuit board 15 applied conductive. The power MOS field effect transistor can then also be attached to this circuit board 15 will. In Fig. 2 only a section of the circuit board 15 is shown, which can have a variety of such arrangements.

Fig. 3 zeigt das Schaltbild einer Schaltung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungsimpulsen nach der Erfindung unter Verwendung zweier im Gegentakt betriebener Transistorschalter. Beide Transistorschalter bestehen aus Power-MOS-Feldeffekttransistoren T1 bzw. T2, welche in Source-Schaltung betrieben sind. Angesteuert werden die beiden Transistoren T1 und T2 in ihrem Eingangskreis von einer Impulssteuerquelle Q und über jeweils einen Eingangsübertrager El bzw.Fig. 3 shows the circuit diagram of a circuit for generating very short power pulses according to the invention using two push-pull operated transistor switch. Both transistor switches consist of Power MOS field effect transistors T1 and T2, which are operated in source connection. The two are controlled Transistors T1 and T2 in their input circuit from a pulse control source Q and each via an input transformer El resp.

E2. Die Primärwicklungen der Ubertrager El und E2 liegen dabei an der Impulssteuerquelle Q. Die aus nur einer einzigen Windung oder aus wenigen Windungen bestehende Sekundärwicklung des Ubertragers El bzw. E2 ist mit ihrem einen Anschluß mit der Gate-Elektrode des Transistors Tl bzw. T2 verbunden. Der andere Anschluß der Sekundärwicklung des Übertragers El bzw. E2 liegt über einen niederohmigen Widerstand R1 bzw. R2 an der Source-Elektrode des Transistors T1 bzw. T2. Die Widerstände R1 und R2 dienen als die Transistoren T1 und T2 schützende Strombegrenzer im Falle eines Funkenüberschlags auf seiten der Last R, die z.B. ein Magnetron sein kann. Als Energiespeicherelemente für die beiden Transistorstufen sind zwei Kondensatoren C1 und C2 vorgesehen, die gleichstrommäßig parallel zur Leistungs-Gleichspannungsquelle UG liegen, welche z.B. eine Spannung von 400 V abgibt. Der mit seiner Sekundärwicklung an die Last R angeschlossene Ausgangsübertrager Ü liegt mit seiner Eingangswicklung zum einen an der Drain-Elektrode des Transistors T2 und zum anderen am einen Anschluß des Kondensators C1, dessen anderer Anschluß über eine Drossel Dr an den Minuspol der Leistungs-Gleichspannungsquelle UG geführt ist. An jedem Ende der Primärwicklung des Ubertragers Ü liegt außerdem eine Diode D1 bzw. D2, von denen jede mit ihrem anderen Ende an Masse liegt, die elektrisch mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle UG verbunden ist.E2. The primary windings of the transformer E1 and E2 are applied the pulse control source Q. The one made of just a single turn or of a few turns existing secondary winding of the transformer El or E2 is one terminal connected to the gate electrode of the transistor T1 or T2. The other connection the secondary winding of the transformer E1 or E2 is connected to a low-resistance resistor R1 or R2 at the source electrode of the transistor T1 or T2. The resistors R1 and R2 serve as current limiters protecting the transistors T1 and T2 in the case arcing on the side of the load R, which can be a magnetron, for example. Two capacitors are used as energy storage elements for the two transistor stages C1 and C2 are provided, the direct current in parallel to the power DC voltage source UG, which e.g. emits a voltage of 400 V. The one with its secondary winding to the load R connected output transformer Ü is located with his Input winding on the one hand at the drain electrode of the transistor T2 and on the other hand at one connection of the capacitor C1, the other connection of which is connected to the negative pole via a choke Dr the power DC voltage source UG is performed. At each end of the primary winding of the transformer U is also a diode D1 or D2, each of which with its the other end is connected to ground, which is electrically connected to the positive pole of the DC voltage source UG is connected.

Die kurzen Leistungsimpulse werden gleichzeitig über die beiden Transistorstufen auf die Last R geschaltet.The short power pulses are transmitted simultaneously via the two transistor stages switched to the load R.

Die beiden Eingangsübertrager El und E2 werden in vorteilhafter Weise als Ringkernübertrager gemäß Fig.2 ausgebildet.The two input transformers E1 and E2 are advantageously designed as a toroidal core transformer according to Fig.2.

Es lassen sich in der Schaltung nach Fig. 3 mehrere Power-MOSFeldeffekttransistoren T1 und T2 mit ihren sich entsprechenden Elektroden zueinander parallelschalten. Dabei ist es möglich, daß entweder für mehrere dieser parallelgeschalteten Transistoren T1 bzw. T2 nur ein einziger Eingangsübertrager El bzw. E2 vorgesehen ist oder daß nur die im Ausgangskreis liegenden Elektroden mehrerer Power-MOS-Feldeffekttransistoren, d.h. die Drain- und Source-Elektroden, zueinander parallelgeschaltet sind und in jedem Eingangskreis dieser Transistoren T1 bzw. T2 jeweils ein Eingangsübertrager El bzw. E2 liegt, deren Primärseiten parallelgeschaltet sind.A plurality of power MOS field effect transistors can be used in the circuit according to FIG Connect T1 and T2 in parallel with their corresponding electrodes. It is possible that either for several of these transistors connected in parallel T1 or T2 only a single input transformer El or E2 is provided or that only the electrodes of several Power MOS field effect transistors in the output circuit, i.e. the drain and source electrodes, are connected in parallel to each other and in each input circuit of these transistors T1 and T2 has an input transformer El or E2 lies, the primary sides of which are connected in parallel.

Fig. 4 zeigt ein vollständiges Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungsimpulsen nach der Erfindung mit einer Ansteuerschaltung. Die als Impulssteuerquelle Q dienende Ansteuerschaltung wird an ihrem Eingang M1 von Modulationsimpulsen beaufschlagt. Am Ausgang M2 der Impulssteuerquelle Q liegen die Transistoren T1 und T2 bei einem Funkenüberschlag auf seiten der Last (Magnetron M) schützende Strombegrenzungswiderstände R3 bzw R4, welche jeweils der eine größere Anzahl von Windungen aufweisenden Primärwicklung der Eingangsübertrager El bzw.Fig. 4 shows a complete embodiment of a circuit for generating very short power pulses according to the invention with a control circuit. The control circuit serving as the pulse control source Q is connected to its input M1 acted upon by modulation pulses. At the output M2 of the pulse control source Q lie the transistors T1 and T2 in the event of a sparkover on the load side (magnetron M) protective current limiting resistors R3 or R4, whichever is larger Number of turns having primary winding of the input transformer El or

E2 in Serie geschaltet sind. Die aus einer einzigen Windung oder wenigen Windungen bestehende Sekundärwicklung der Ubertrager El bzw. E2 ist mit ihrem einen Ende mit der Source- und mit ihrem anderen Ende mit der Gate-Elektrode jeweils eines Power-MOS-Feldeffekttransistors T1 bzw. T2 verbunden. Es sind jeweils eine Vielzahl von Transistorstufen T1 bzw. T2 mit zugeordneten Eingangsübertragern El bzw. E2 und Strombegrenzungswiderständen R3 bzw. R4 parallelgeschaltet. Die mit den Transistoren T1 bzw. T2 bestückten Schalter arbeiten im Gegentakt und werden im Gegentakt von der ebenfalls als Gegentaktstufe arbeitenden Impulssteuerquelle Q beaufschlagt. Alle Transisoren T1 und T2 arbeiten in Gate-Schaltung, d.h. die im Eingangskreis liegenden Elektroden sind die Source- und die Gate-Elektrode und die im Ausgangskreis liegenden Elektroden die Gate- und Drain-Elektrode. Die Drain-Elektrode der Transistoren T1 liegt an Masse, welche mit dem Pluspol einer Leistungs-Gleichspannungsquelle UG verbunden ist, welche z.B. eine Gleichspannung von 400 V abgibt. Die Gate-Elektroden der Transistoren T7 sind außer mit dem einen Anschluß der Sekundärwicklung des zugeordneten Eingangsübertragers El zum einen über eine Drossel Dr mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle UG und zum anderen über einen ersten Kondensator C1 mit dem einen Anschluß der Primärwicklung eines Ausgangsübertragers U verbunden. An der Verbindungsstelle zwischen diesem ersten Kondensator C1 und der Primärwicklung des Ausgangsübertragers ist mit ihrer Kathode eine erste Diode D1 angeschlossen, deren Anode an Masse liegt. Am anderen Anschluß der Primärwicklung des Ausgangsübertragers U liegen zum einen die Drain-Elektroden der zweiten Power-MOS-Feldeffekttransistoren T2 und zum anderen ist mit ihrer Anode eine zweite Diode D2 angeschlossen, deren Kathode mit Masse verbunden ist. Die Gate-Elektroden der Transistoren T2 sind außer mit dem einen Anschluß der Sekundärwicklung des jeweils zugeordneten Eingangsübertragers E2 zum einen noch über einen zweiten Kondensator C2 mit Masse und zum anderen mit dem Minuspol der Gleichspannungsquelle UG verbunden. An der Sekundärwicklung des Ausgangsübertragers Ü liegt eine Last, die im dargestellten Fall ein Magnetron M ist. Die Anschlüsse für den Heizstrom sind mit H und für den Magnetronstrom mit IM bezeichnet. Die Kondensatoren Cl und C2 sind Energiespeicherelemente. Während einer Impulsdauer entladen sie sich teilweise, wogegen sie während der Impulspausen von der Gleichspannungsquelle UG wieder aufgeladen werden.E2 are connected in series. Those of a single turn or a few The secondary winding of the transformer El or E2 is one of its turns One end with the source and one with the other end with the gate electrode Power MOS field effect transistor T1 or T2 connected. There are a number of them of transistor stages T1 and T2 with assigned input transformers El and E2 and current limiting resistors R3 and R4 are connected in parallel. The one with the transistors T1 and T2 equipped switches work in push-pull and are in push-pull from the pulse control source Q, which also works as a push-pull stage, is applied. All transistors T1 and T2 work in a gate circuit, i.e. those in the input circuit lying electrodes are the source and gate electrodes and those in the output circuit the gate and drain electrodes. The drain of the transistors T1 is connected to ground, which is connected to the positive pole of a power DC voltage source UG is connected, which e.g. emits a direct voltage of 400 V. The gate electrodes the transistors T7 are except for one terminal of the secondary winding of the associated Input transformer El on the one hand via a choke Dr to the negative pole of the DC voltage source UG and on the other hand via a first capacitor C1 with the one terminal of the primary winding of an output transformer U is connected. At the Junction between this first capacitor C1 and the primary winding of the Output transformer is connected to its cathode, a first diode D1, whose Anode is connected to ground. At the other connection of the primary winding of the output transformer On the one hand, the drain electrodes of the second power MOS field effect transistors are located at U. T2 and, on the other hand, a second diode D2 is connected to its anode, whose Cathode connected to ground is. The gate electrodes of the transistors T2 are except for one terminal of the secondary winding of the respectively assigned Input transformer E2 on the one hand via a second capacitor C2 to ground and on the other hand connected to the negative pole of the DC voltage source UG. At the Secondary winding of the output transformer Ü is a load that is shown in Case is a magnetron M. The connections for the heating current are marked with H and for the Magnetron designated IM. The capacitors Cl and C2 are energy storage elements. During a pulse duration they partially discharge, whereas they discharge during the pulse pauses be recharged from the DC voltage source UG.

Damit die transistorenzerstörenden Spikes unterdrückt werden, sind die Kondensatoren C3 und C6 sowie die Dioden D3 und D4 vorgesehen. Darüber hinaus sind gegen die Spikes noch zwei Tiefpässe vorgesehen, die jeweils aus einer Drossel Drl bzw. Dr2, einem Widerstand R5 bzw. R6 und einem Kondenator C4 bzw. C5 zusammengesetzt sind.So that the transistor-destroying spikes are suppressed the capacitors C3 and C6 and the diodes D3 and D4 are provided. Furthermore two low-pass filters are provided against the spikes, each consisting of a throttle Drl or Dr2, a resistor R5 or R6 and a capacitor C4 or C5 are.

Dadurch, daß die Strombegrenzungswiderstände R3 bzw. R4 wegen der Betreibung der Transistoren T1 bzw. T2 in Gate-Schaltung auf der Primärseite der beiden Eingangsübertrager El bzw. E2 angeordnet werden können, müssen sie nicht so extrem niederohmig ausgelegt werden, wie bei Anbringung auf der Sekundärseite des Eingangsübertragers El bzw. E2. Die Eingangsübertrager El und E2 weisen ein Übersetzungsverhältnis von beispielsweise 25 : 1 auf. Sie können in der gleichen Weise realisiert werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die gesamte Schaltung mit allen Leistungs-MOS-Feldeffekttransistoren T1 und T2 läßt sich dann auf einer einzigen Leiterplatte ohne große Schwierigkeiten anbringen.The fact that the current limiting resistors R3 and R4 because of the Operation of the transistors T1 and T2 in a gate circuit on the primary side of the two input transformers El and E2 can be arranged, they do not have to be designed as extremely low-resistance as when attached to the secondary side of the input transformer El or E2. The input transformers E1 and E2 have one Gear ratio of, for example, 25: 1. You can in the same Can be implemented as shown in FIG. The entire circuit with all power MOS field effect transistors T1 and T2 can then be on one attach a single printed circuit board without great difficulty.

Fig.5 zeigt in einem anderen Ausführungsbeispiel das Schaltbild einer Schaltung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungsimpulsen nach der Erfindung unter Verwendung von N in Kaskade geschalteten Power-MOS-Feldeffekttransistoren Tl ,T2, ..., TN, die in Gate-Schaltung betrieben werden. Prinzipiell ist auch ein Betrieb in Source-Schaltung möglich. Auf der Eingangsseite weist jede Kaskadenstufe einen Eingangsübertrager E auf, der von einer Impulssteuerquelle Q über einen als Strombegrenzer wirksamen Reihenwiderstand RE auf der Primärseite beaufschlagt wird. Jede Sekundärwicklung des Eingangsübertragers E weist eine einzige Windung oder wenige Windungen auf und ist an ihren Enden mit dem Source- und den Gate-Anschluß jeweils eines Transistors T1, T2, ..., TN verbunden. Die Ausgangskreise der Transistoren Tl,T2, TN sind in Kaskade geschaltet und beaufschlagen die Last R, der auch ein Impulstransformator vorgeschaltet sein kann.5 shows the circuit diagram of a different embodiment Circuit for generating very short power pulses according to the invention below Use of N cascaded Power MOS field effect transistors T1, T2, ..., TN, which are operated in gate connection. In principle, there is also a company possible in source connection. On the input side, each cascade stage has one Input transformer E on, from a pulse control source Q via a current limiter effective series resistance RE is applied on the primary side. Any secondary winding of the input transformer E has a single turn or a few turns and is at its ends with the source and the gate terminal of a transistor T1, T2, ..., TN connected. The output circuits of the transistors T1, T2, TN are in Cascade connected and apply the load R, which is also a pulse transformer can be connected upstream.

Als Energiespeicher dienen die Kondenatoren C1, C2, ..., CN.The capacitors C1, C2, ..., CN serve as energy stores.

Die Schaltung nach Fig. 5 hat den Vorteil, daß sich bei einer Betriebsgleichspannung von z.B. 400 Volt eine Pulsspannung U von N.400 Volt ergibt. Bei Spannungen im puls 1000-Volt-Bereich kann auf einen Impulstransformator vor der Last R verzichtet werden. In jedem Ausgangskreis der Transistoren T1, T2, ...,TN ist eine Schutzschaltung gegen Spikes vorgesehen, die bei induktiver Last oder Funkenüberschlag entstehen können. Jede dieser Schutzschaltungen besteht aus einem Kondensator CS, einer Diode DS und einer Drossel DrS.The circuit according to FIG. 5 has the advantage that with an operating DC voltage of e.g. 400 volts results in a pulse voltage U of 400 volts. With tension in the pulse 1000 volt range, there is no need for a pulse transformer in front of the load R. There is a protective circuit in each output circuit of the transistors T1, T2, ..., TN Provided against spikes that arise from inductive loads or arcing can. Each of these protective circuits consists of a capacitor CS, a diode DS and a throttle DrS.

Durch diese Schutzelemente werden die Transistoren gegen Rückschlagspannungen sowie Unsymmetrien der Spannungsverteilung geschützt. Mit Dr sind Drosseln bezeichnet.These protective elements protect the transistors against kickback voltages and asymmetries in the voltage distribution are protected. Throttles are designated by Dr.

13 Patentansprüche 5 Figuren - Leerseite -13 claims 5 figures - blank page -

Claims

Claims: circuit for generating very short power pulses, especially for opening and closing a transit time tube, using a Transistor switch that controls a pulse control source in its input circuit and in its output circuit outside the load, i.e. e.g.

the transit time tube has a capacitor as an energy storage element, which is partially discharged onto the load during a pulse duration and the is recharged from a DC voltage source during the pulse pauses, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the transistor is a so-called power MOS field effect transistor (T) is provided, the one at its primary winding of in its input circuit the pulse control source (Q) acted upon input transformer (E), whose Secondary winding consists of only a single turn or a few turns, the two secondary winding ends being connected directly to the two input electrodes of the Power MOS field effect transistor are connected, so that a relatively high control current results.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the input transformer (E) is designed as a toroidal core transformer.

3. A circuit according to claim 2, characterized in that on the Toroidal core (1) of the toroidal core transformer only has a larger number of turns having primary winding (2) is wound that the one from the one Secondary winding consisting of a cylindrical metal pot (3) with a turn a coaxial inner cylinder (4), which is at the bottom (5) of the Metal pot is attached, and that the toroidal core together with the primary winding applied to it is arranged in the space between the metal pot and the inner cylinder.

4. A circuit according to claim 3, characterized in that the two Connection conductor (8,9) for the primary winding (2) through a small hole (10) in the metal pot (3) are brought out.

5. A circuit according to claim 3 or 4, characterized in that the the base (5) facing away from the circular edge (11) of the metal pot (3) and the one Front side (12) of the inner cylinder (4) on conductor areas that are insulated from one another (13,14) of a printed circuit board (15) rest conductively on which the power MOS field effect transistor is appropriate.

6. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that that only the electrodes of several Power MOS field effect transistors located in the output circuit are connected in parallel to each other and in each input circuit of these transistors each has an input transformer, and that the primary sides of this input transformer are connected in parallel to each other.

7. Circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that that several Power MOS field effect transistors with their corresponding electrodes are connected in parallel to each other that for several of these connected in parallel Transistors for controlling only one input transformer is provided, and that the primary windings of these input transformers are connected in parallel to each other.

8. Circuit according to one of the preceding claims, characterized that two transistor switches (T1, T2) operated in push-pull are provided which in its input circuit from a pulse control source that also works in push-pull (Q) are applied.

9. A circuit according to claim 8, characterized in that all power MOS field effect transistors (T1, T2) are operated in gate circuit and thus those in the input circuit Electrodes the source and gate electrodes and the electrodes in the output circuit the gate and drain electrodes are that between the gate and source electrodes of the transistors (T1, T2), the secondary winding of an input transformer (E7, E2) lies that the primary winding of an input transformer between the output connections the pulse control source (Q) is that the drain electrode of a transistor switch (T1) of the push-pull circuit to the positive pole of the DC voltage source (UG) connected to ground lying at the same potential and the gate electrode except with one connection of the secondary winding of the assigned input transformer (El) on the one hand via a choke (Dr) to the negative pole of the DC voltage source (UG) and on the other hand via a first capacitor (C1) to one terminal of the Primary winding of an output transformer (Ü) is connected to that at the junction between this first capacitor (C1) and the primary winding of the output transformer (Ü) with its cathode a first diode (D1) is connected, the anode of which is connected to ground is that at the other terminal of the primary winding of the output transformer (Ü) to one is the drain electrode of the second transistor (T2) of the push-pull circuit and on the other hand, a second diode (D2) is connected to its anode, whose Cathode is connected to ground that the gate electrode of the second transistor (T2) except with one connection the secondary winding of the assigned Input transformer (E2) on the one hand via a second capacitor (C2) Ground and on the other hand connected to the minus pole of the DC voltage source (UG) is, and that on the secondary winding of the output transformer (Ü) the load, e.g. a magnetron (M) is connected (Fig. 4).

10. A circuit according to claim 9, characterized in that in series to the primary winding of the input transformer (E1, E2) an ohmic resistor (R3, R4) to limit the current.

11. Circuit according to one of claims 1 to 5, characterized by a cascade connection of the output circuits of several Power MOS field effect transistors (T1, T2, ..., TN in Fig. 5).

12. Circuit according to claim 11, characterized by a protective circuit against spikes in each transistor output circuit consisting of a capacitor (CS) and a parallel connection in series with a diode (DS) and a choke (DrS) exists.

13. Circuit according to one of the preceding claims, characterized by using it as a modulator in a pulse radar transmitter.