DE3411712C2

DE3411712C2 -

Info

Publication number: DE3411712C2
Application number: DE19843411712
Authority: DE
Inventors: Klaus Von Dr.-Ing. 8190 Wolfratshausen De Pieverling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-03-29
Filing date: 1984-03-29
Publication date: 1988-05-19
Also published as: DE3411712A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungsimpulsen, insbesondere zur Auf- und Zu tastung einer Laufzeitröhre, unter Verwendung eines Power-MOS- Feldeffekt-Transistorschalters, der in seinem Eingangskreis zur Ansteuerung eine Impulssteuerquelle und in seinem Ausgangskreis außer der Last, d. h. z. B. der Laufzeitröhre, als Energiespei cherelement einen Kondensator aufweist, der sich jeweils wäh rend 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 keying of a runtime tube, using a power MOS Field effect transistor switch, which in its input circuit Control a pulse control source and in its output circuit save the load, d. H. e.g. B. the runtime tube, as energy storage cherelement has a capacitor, each of which is partially discharged to the load during a pulse duration and the again during the pulse pauses from a DC voltage source is charged.

Zur Erzeugung von Leistungsimpulsen sind aus der Radartechnik zwei unterschiedliche Prinzipien bekannt. Im einen Fall ist eine Laufzeitkette oder ein Verzögerungsnetzwerk als Speicher element vorgesehen, da dieses einen Rechteckimpuls erzeugen und durch eine gasgefüllte Röhre (Thyratron) oder einen Thyristor betrieben werden kann. Diese Kombination, bestehend aus der Laufzeitkette und der Gasröhre bzw. dem Thyristor, wird gewöhn lich als Leitungstyp-Modulator bezeichnet. Sie hat zwar einen weiten Anwendungsbereich in der Radartechnik wegen ihrer Ein fachheit, der kompakten Abmessungen und der Fähigkeit, abnor male Belastungszustände zu überstehen, wie sie beispielsweise durch Funkenüberschläge beim Magnetron verursacht werden kön nen. Pulsgeneratoren, die nach diesem Speicher-Entladeprinzip arbeiten, weisen allerdings den Nachteil auf, daß sich nur feste Impulslängen erzeugen lassen und sich somit Schwie rigkeiten bei einer Änderung der Impulsbreiten ergeben. Die Ursache für diesen Nachteil beim Laufzeitketten-Pulsmodula tortyp liegt darin, daß der durch die Gasröhre oder den Thy ristor realisierte Schalter nur jeweils den Anfang der Im pulse steuert. To generate power pulses are from radar technology two different principles are known. In one case a runtime chain or a delay network as storage element provided because this generate a rectangular pulse and through a gas-filled tube (thyratron) or a thyristor can be operated. This combination, consisting of the Runtime chain and the gas tube or the thyristor, gets used Lich referred to as a line type modulator. She does have one wide range of applications in radar technology because of their input expertise, compact dimensions and the ability to abnormal to survive male stress conditions, such as can be caused by arcing at the magnetron nen. Pulse generators based on this memory discharge principle work, however, have the disadvantage that only Fixed pulse lengths can be generated and thus Schwie in the event of a change in the pulse widths. The The reason for this disadvantage with the runtime chain pulse module The door type is that the gas pipe or Thy ristor realized switches only the beginning of the Im pulse controls.

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 hier bei ein Kondensator. Als Schalter wird eine Vakuumröhre oder ein gesteuertes Halbleiterbauelement verwendet. Um einen stär keren 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 gestat tet mehr Flexibilität und Genauigkeit als ein Laufzeitketten- Pulsmodulator. Es ist möglich, mit unterschiedlichen Pulsbrei ten 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-Hill-Book Comp. 1970, Seiten 7-78 bis 7-87 hingewiesen. Eine derartige Schaltung zur Erzeugung von kurzen Leistungsimpulsen für Radar geräte unter Verwendung eines Power-MOS-Feldeffekt-Transistors als Schalter ist aus der GB-Patentanmeldung 20 90 495 bekannt.The second principle for the formation of power pulses is with worked a switch that both the beginning and that Controls end of impulses. The energy storage element is here at a capacitor. A vacuum tube or is used as a switch a controlled semiconductor device used. To make you stronger keren drop in the pulse shape due to the exponential function Avoiding the capacitor discharge will only be a small one Proportion of the stored energy for pulse delivery to the Load. The so-called hard tube modulator or pulse generator designated as an active switch modulator more flexibility and accuracy than a runtime chain Pulse modulator. It is possible with different pulse widths and various pulse repetition frequencies, and successive impulses can be generated. in the Connection with the latter pulse generators is based on the book by M. Skolnik: "Radar Handbook", McGraw-Hill-Book Comp. 1970, pages 7-78 to 7-87. Such one Circuit for generating short power pulses for radar devices using a power MOS field effect transistor as a switch is known from GB patent application 20 90 495.

Aus dem SE (Spezial-Electronic) Intersil Datenbuch, 1982, Seiten 13-16 und aus "Electronics", 22. Mai 1980, Seiten 143-152 sind Power-MOS-FETs bekannt, die Schaltzeiten bis 5 ns hinab aufweisen. Es bietet sich somit an, Power-MOS-FETs in 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 verwenden. Aus der erwähnten Literaturstelle aus der Zeitschrift "Electronics", insbesondere Absatz "MOS FETs-ultra fast switches" auf Seite 146, ist zu entnehmen, daß diese er reichbaren Schaltzeiten eines Power-MOS-FET-Schalters außer von der konkreten Bauform des Transistors (Gehäuse, innerer Gate- Widerstand, Gehäuse-Induktivitäten) auch von der Art der An steuerung, d. h. von der Eignung der jeweiligen Impulsquelle, des MOS-FETs abhängen. Vorgegeben wird dem Fachmann durch diese Literaturstelle ein von einem Impulsgeber angesteuertes Queck silber-Reed-Relais, also ein mechanisches Bauelement, als geeignete Impulsquelle zur Erzielung derart kurzer Schaltzeiten bei Power-MOS-FET-Schaltern.From the SE (Spezial-Electronic) Intersil data book, 1982, Pages 13-16 and from "Electronics", May 22, 1980, pages 143-152 Power MOS FETs are known, the switching times up to 5 ns have down. It therefore lends itself to power MOS FETs in Power pulse generators based on the latter principle for extremely short switching times, d. H. a few nanoseconds (ns), and thus also for very short pulse lengths, down to 30 ns, to use. From the mentioned reference from the Magazine "Electronics", in particular paragraph "MOS FETs-ultra fast switches "on page 146, it can be seen that this is Switchable switching times of a power MOS FET switch except from the specific design of the transistor (housing, inner gate Resistance, housing inductors) also on the type of connection control, d. H. the suitability of the respective pulse source, of the MOS-FET. The person skilled in the art specifies this Literature a mercury controlled by a pulse generator silver reed relay, i.e. a mechanical component, as suitable pulse source to achieve such short switching times with power MOS FET switches.

Aufgabe der Erfindung ist es, zur niederohmigen Ansteuerung einer Power-MOS-FET-Schaltstufe, die extrem kurze Schaltzeiten aufweisen soll, eine wenig aufwendige Schaltungsmöglichkeit anzugeben, bei der auf elektromechanische Bauteile verzichtet wird.The object of the invention is for low-resistance control a power MOS FET switching stage, the extremely short switching times should have a little complex circuitry to be specified where electromechanical components are dispensed with becomes.

Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Schaltung zur Erzeu gung von sehr kurzen Leistungsimpulsen der eingangs genann ten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Erreichung von extrem kurzen Schaltzeiten, d. h. einigen Nanose kunden, der Power-MOS-Feldeffekttransistor in seinem Eingangs kreis einen an seiner mit einer größeren Anzahl von Windungen versehenen Primärwicklung von der Impulssteuerquelle beauf schlagten Eingangsübertrager aufweist, dessen Sekundärwicklung aus einer Mehrzahl von parallel geschalteten Windungen, aus einer einzigen Windung oder aus nur wenigen in Reihe geschalte ten Windungen besteht, wobei die beiden Sekundärwicklungsenden unmittelbar mit den beiden Eingangselektroden des Power-MOS- Feldeffekttransistors verbunden sind. Durch die Beschaltung des Eingangskreises mit einem Eingangsübertrager, dessen Sekundär wicklung eine Mehrzahl von parallel geschalteten Windungen, nur eine einzige Windung oder sehr wenige Windungen aufweist, kön nen hohe Steuerströme erreicht werden. Dadurch ergeben sich die geforderten extrem kurzen Schaltzeiten von einigen Nanosekun den. Würde man, wie an sich naheliegend wäre, das Quecksilber- Reed-Relais in der aus der erwähnten "Electronic"-Literatur stelle beschriebenen Ansteuerschaltung durch einen Treibertran sistorschalter ersetzen, so entstünden bei der Erzeugung der erforderlichen hohen Steuerströme für den extrem schnell zu schaltenden Power-MOS-FET Schwierigkeiten.According to the invention, which relates to a circuit for generating of very short power impulses mentioned at the beginning ten Art relates, this object is achieved in that Achieving extremely short switching times, d. H. a few nanoses customer, the power MOS field effect transistor in its input circle one on his with a larger number of turns provided primary winding from the pulse control source struck input transformer, whose secondary winding from a plurality of turns connected in parallel a single turn or just a few in series th turns, the two secondary winding ends directly with the two input electrodes of the power MOS Field effect transistor are connected. By wiring the Input circuit with an input transformer, the secondary winding a plurality of turns connected in parallel, only has a single turn or very few turns, can high control currents can be achieved. This results in the required extremely short switching times of a few nanosecun the. Would you, as would be obvious, the mercury Reed relays in the "Electronic" literature mentioned place described drive circuit by a driver oil replace the transistor switch, this would result in the generation of the required high control currents for the extremely fast too switching power MOS FET difficulties.

Aus DE-WO 29 53 382 (PCT/JP 79/00 308) ist der Gedanke der Eingangsankopplung einer MOS-FET-Verstärkerstufe durch einen Eingangsübertrager zwar zu entnehmen. Es handelt sich hierbei aber nicht um die Ankopplung eines Impulsgebers an einen Power-MOS-FET-Schalter. Außerdem ist der Übertrager gerade umgekehrt ausgelegt wie derjenige in der Schaltung nach der Erfindung, da auf der Primärseite eine kleinere Windungszahl als auf der Sekundärseite vorliegt.From DE-WO 29 53 382 (PCT / JP 79/00 308) the idea is Input coupling of a MOS-FET amplifier stage through a To take input transformer. It is this but not about coupling a pulse generator to one Power MOS FET switch. In addition, the transformer is straight designed the other way around as in the circuit after the Invention since there is a smaller number of turns on the primary side than is on the secondary side.

In vorteilhafter Weise ist der Übertrager als Ringkernübertra ger ausgebildet. Eine besonders günstige Funktion der Schaltung hat sich dann ergeben, wenn auf dem Ringkern des Ringkernüber tragers lediglich die Primärwicklung aufgewickelt ist und die aus einer Mehrzahl von parallel geschalteten Windungen bestehen de 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 herausfüh ren. Die vorstehend ausgeführte Ausbildung des Eingangsübertra gers als Ringkernübertrager gestattet einen vorteilhaften Ein satz bei gedruckten Schaltungen. Die dem Boden abgewandten kreisförmigen Ränder des Metalltopfes und des koaxialen Innen zylinders lassen sich auf voneinander isolierten Leiterberei chen einer gedruckten Leiterplatte leitend auflegen. Auf dieser Leiterplatte wird auch der jeweilige Power-MOS-Feldeffekttran sistor angebracht.The transformer is advantageously used as a toroidal transmission ger trained. A particularly favorable function of the circuit has arisen when over the toroid of the toroid only the primary winding is wound up and the consist of a plurality of turns connected in parallel de Secondary winding with a cylindrical metal pot a coaxial inner cylinder, which is at the bottom of the in Extension with the cavity of the inner cylinder has an opening having metal pot is attached. The toroid is then together with the primary winding attached to it in the room arranged between the metal pot and the inner cylinder. The two connecting conductors for the primary winding can be without Remove difficulties through a small hole in the metal pot ren. The above-mentioned training of the input transfer gers as a toroidal transformer allows an advantageous one set for printed circuits. The ones facing away from the floor circular edges of the metal pot and the coaxial interior cylinders can be mounted on isolated conductor lines on a printed circuit board. On this Printed circuit board also becomes the respective power MOS field effect sistor attached.

Die MOS-Feldeffekttransistoren lassen sich gemäß einer vor teilhaften 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 Paral lelschaltung 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 Übertrager 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 one partial development of the invention without limitation connect in parallel. This allows radar modulators in the 100th kW range with any variable pulse lengths down to 30 ns can be realized without difficulty. The Paral Oil circuit of the MOS transistors can be different Realize wisely. It can e.g. B. only those in the output circuit lying electrodes of several MOS transistors to each other be connected in parallel, then in each input circuit each of these transistors has an input transformer, and the primary sides of all transmitters are connected in parallel are. Another possibility of parallel connection exists therein, multiple power MOS field effect transistors with their corresponding electrodes parallel to each other switch and connected in parallel for several of these Transistors only a single input transformer Provide control.

Ein besonders günstiges Arbeiten der Schaltung zur Er zeugung von Leistungsimpulsen nach der Erfindung ergibt sich dann, wenn zwei im Gegentakt betriebene Transistorschalter vorgesehen sind, die in ihrem Eingangskreis von einer eben falls im Gegentakt arbeitenden Impulssteuerquelle beauf schlagt werden. Jeder der beiden erwähnten Transistorschal ter kann dabei aus einer Parallelschaltung mehrerer Power- MOS-Feldeffekttransistoren bestehen.A particularly favorable working of the circuit to the Er Generation of power pulses according to the invention results then when two transistor switches operated in push-pull are provided, which are level in their input circle if impulse control source working in push-pull mode be hit. Each of the two transistor scarves mentioned ter can be made from a parallel connection of several power MOS field effect transistors exist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von fünf Figuren erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to five figures explained. It shows

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Schaltung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungsimpulsen nach der Erfindung, Fig. 1 is a schematic diagram of the circuit for generating very short power pulses according to the invention,

Fig. 2 in perspektivischer Ansicht einen Eingangsübertra ger nach der Erfindung mit Draufsicht auf einen Ausschnitt einer dazugehörenden Leiterplatte, Fig. 2 is a perspective view of a Eingangsübertra ger according to the invention with plan view of a section of an associated printed circuit board,

Fig. 3 eine Schaltung zur Erzeugung von sehr kurzen Lei stungsimpulsen nach der Erfindung unter Verwendung einer Gegentakt-Source-Schaltung, Fig. 3 is a circuit for generating very short Lei stungsimpulsen according to the invention using a push-to-source circuit,

Fig. 4 das vollständige Schaltbild einer Schaltung zur Er zeugung von sehr kurzen Leistungsimpulsen nach der Erfindung unter Verwendung einer Gegentakt-Gate-Schaltung, Fig. 4 shows the complete circuit diagram of a circuit for generating He of very short power pulses according to the invention using a push-pull gate circuit,

Fig. 5 eine Schaltung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungsimpulsen nach der Erfindung mit mehreren in Kaskade geschalteten Power-MOS-Feldeffekttransistoren. Fig. 5 shows a circuit for generating very short power pulses according to the invention with a plurality of cascaded power MOS field effect transistors.

Fig. 1 zeigt in einem Schaltbild eine Schaltung nach der Erfindung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungsimpulsen. Diese Leistungsimpulse sollen eine Last R beaufschlagen. 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 U _G liegt, welche eine Spannung von z. B. 400 V abgibt. Der Minuspol dieser Gleich spannungsquelle U _G liegt an Masse. Parallel zur Gleichspan nungsquelle U _G liegt noch ein Kondensator C, der als Energie speicherelement dient und sich jeweils während einer Impuls dauer teilweise auf die Last R entlädt, dagegen während der Impulspausen von der Gleichspannungsquelle U _G wieder aufge laden 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 Impulssteuer quelle Q beaufschlagt wird. Die Sekundärwicklung des Eingangs übertragers E besteht aus nur einer einzigen Windung oder aus wenigen Windungen, wobei die beiden Sekundärwicklungs enden unmittelbar mit den beiden Eingangselektroden, d. h. der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode, des Power-MOS- Feldeffekttransistors T verbunden sind. Es ergibt sich durch diese Maßnahme im Eingangskreis des Transistors 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. Fig. 1 shows a circuit diagram of a circuit according to the invention for generating very short power pulses. These power pulses are intended to apply a load R. This load R can e.g. B. be formed by a magnetron, which is to be felt up and down. To form the very short power pulses, a transistor switch is used which has a power MOS field-effect transistor T in the source circuit. The load R is in the output circuit of this transistor T and is controlled by an output transformer Ü . At the secondary winding of this transformer Ü is the load R , while at the primary winding at one end is the drain electrode and at the other end the positive pole of a DC power source U _G , which has a voltage of z. B. delivers 400 V. The negative pole of this direct voltage source U _G is connected to ground. Parallel to the DC voltage source U _{G there} is also a capacitor C , which serves as an energy storage element and in each case partially discharges to the load R during one pulse, but is recharged during the pulse pauses by the DC voltage source U _G. The source electrode of the field effect transistor T is grounded. In the input circuit of transistor T is an input transformer E , which is acted upon by a pulse control source Q on its larger number of turns primary winding. The secondary winding of the input transformer E consists of only a single turn or a few turns, the two secondary windings being connected directly to the two input electrodes, ie the gate electrode and the source electrode, of the power MOS field-effect transistor T. This measure results in a relatively high control current in the input circuit of the transistor T. This high control current allows extremely short switching times, up to a few nanoseconds. The power pulse length at the load R in this circuit depends directly on the control pulses from the source Q , since both the input edge of a power pulse and its output edge are switched by the transistor T as a function of 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 connected in parallel without restriction, so that radar modulators in the 100 kW range can be implemented with any variable pulse lengths, down to 30 ns.

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. Auf dem Ringkern 1 dieses Ringkernübertragers ist lediglich die eine größere Anzahl von Windungen aufweisende Primär wicklung 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. Dieser sehr niedrige Eingangswiderstand läßt dann den ge wünschten hohen Steuerstrom zu. Der Hohlraum 6 des metallischen Innenzylinders ist nur wegen der möglichen Schraubbefestigung auf einer Leiterplatte 15 erforderlich. A ring core transformer is expediently used as the input transformer E. The embodiment of such a toroidal transformer, as z. B. in the circuit of FIG. 1 can be used in an advantageous manner, is shown in Fig. 2 in a perspective view. On the toroidal core 1 of this toroidal transformer, only the primary winding 2 having a large number of turns is wound. The secondary winding consisting of a single turn has a cylindrical metal pot 3 with a coaxial inner cylinder 4 which is attached to the bottom 5 of the metal pot 3 . 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 arranged together with the primary winding 2 mounted thereon in the space between the metal pot 3 and the inner cylinder 4 . The two externally 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 base 5 corresponds to the parallel connection of a plurality of turns on the secondary side and leads to an extremely low resistance on the input side of the power MOS field-effect transistor. This very low input resistance then allows the desired high control current. The cavity 6 of the metallic inner cylinder is only necessary because of the possible screw fastening on a printed circuit board 15 .

Der dem Boden 5 abgewandte kreisförmige Rand 11 des Metall topfes 3 und der koaxiale Innenzylinder 4 mit seiner Stirnfläche 12 werden auf voneinander isolierten Leiter bereichen 13 und 14 einer gedruckten Leiterplatte 15 leitend aufgelegt. Auf dieser Leiterplatte 15 kann dann auch der Power-MOS-Feldeffekttransistor angebracht werden. In Fig. 2 ist lediglich ein Ausschnitt der Leiterplatte 15 dargestellt, die eine Vielzahl derartiger Anordnungen aufweisen kann.The bottom 5 facing away from the circular edge 11 of the metal pot 3 and the coaxial inner cylinder 4 with its end face 12 are on mutually insulated conductor areas 13 and 14 of a printed circuit board 15 placed conductively. The power MOS field-effect transistor can then also be attached to this circuit board 15 . 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 Transistorschal ter. Beide Transistorschalter bestehen aus Power-MOS-Feld effekttransistoren T 1 bzw. T 2, welche in Source-Schaltung betrieben sind. Angesteuert werden die beiden Transistoren T 1 und T 2 in ihrem Eingangskreis von einer Impulssteuer quelle Q und über jeweils einen Eingangsübertrager E 1 bzw. E 2. Die Primärwicklungen der Übertrager E 1 und E 2 liegen dabei an der Impulssteuerquelle Q. Die aus nur einer ein zigen Windung oder aus wenigen Windungen bestehende Sekundärwicklung des Übertragers E 1 bzw. E 2 ist mit ihrem einen Anschluß mit der Gate-Elektrode des Transistors T 1 bzw. T 2 verbunden. Der andere Anschluß der Sekundärwicklung des Übertragers E 1 bzw. E 2 liegt über einen niederohmigen Widerstand R 1 bzw. R 2 an der Source-Elektrode des Transis tors T 1 bzw. T 2. Die Widerstände R 1 und R 2 dienen als die Transistoren T 1 und T 2 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 C 1 und C 2 vorgesehen, die gleichstrommäßig parallel zur Leistungs- Gleichspannungsquelle U _G 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 T 2 und zum anderen am einen Anschluß des Kondensators C 1, dessen anderer Anschluß über ein Drossel Dr an den Minuspol der Leistungs-Gleichspannungsquelle U _G geführt ist. An jedem Ende der Primärwicklung des Über tragers Ü liegt außerdem eine Diode D 1 bzw. D 2, von denen jede mit ihrem anderen Ende an Masse liegt, die elektrisch mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle U _G verbunden ist. Die kurzen Leistungsimpulse werden gleichzeitig über die beiden Transistorstufen auf die Last R geschaltet. Fig. 3 shows the circuit diagram of a circuit for generating very short power pulses according to the invention using two push-pull transistor switch ter. Both transistor switches consist of power MOS field effect transistors T 1 and T 2 , which are operated in the source circuit. The two transistors T 1 and T 2 are driven in their input circuit by a pulse control source Q and via an input transformer E 1 and E 2, respectively. The primary windings of the transmitters E 1 and E 2 are connected to the pulse control source Q. The secondary winding of the transformer E 1 or E 2 consisting of only a single turn or a few turns is connected at its one connection to the gate electrode of the transistor T 1 or T 2 . The other terminal of the secondary winding of the transformer E 1 and E 2 is connected via a low-impedance resistor R 1 and R 2 at the source of transis tors T 1 and T 2. The resistors R 1 and R 2 serve as the transistors T 1 and T 2 protective current limiters in the event of a sparkover on the part of the load R , z. B. can be a magnetron. As energy storage elements for the two transistor stages, two capacitors C 1 and C 2 are provided, which are DC parallel in parallel to the power DC voltage source U _G , which, for. B. outputs a voltage of 400 V. The output winding U connected to the load R with its secondary winding lies with its input winding on the one hand at the drain electrode of the transistor T 2 and on the other hand at one connection of the capacitor C 1 , the other connection of which via a choke Dr to the negative pole of the power DC voltage source U _G is performed. At each end of the primary winding of the transformer U there is also a diode D 1 or D 2 , each of which is connected to ground at its other end, which is electrically connected to the positive pole of the direct voltage source U _G. The short power pulses are simultaneously switched to the load R via the two transistor stages.

Die beiden Eingangsübertrager E 1 und E 2 werden in vorteil hafter Weise als Ringkernübertrager gemäß Fig. 2 ausgebildet.The two input transformers E 1 and E 2 are advantageously designed as a toroidal core transformer according to FIG. 2.

Es lassen sich in der Schaltung nach Fig. 3 mehrere Power-MOS-Feldeffekttransistoren T 1 und T 2 mit ihren sich entsprechenden Elektroden zueinander parallelschalten. Dabei ist es möglich, daß entweder für mehrere dieser parallel geschalteten Transistoren T 1 bzw. T 2 nur ein einziger Ein gangsübertrager E 1 bzw. E 2 vorgesehen ist oder daß nur die im Ausgangskreis liegenden Elektroden mehrerer Power-MOS- Feldeffekttransistoren, d. h. die Drain- und Source-Elektro den, zueinander parallelgeschaltet sind und in jedem Ein gangskreis dieser Transistoren T 1 bzw. T 2 jeweils ein Ein gangsübertrager E 1 bzw. E 2 liegt, deren Primärseiten parallelgeschaltet sind.It can be in the circuit of Fig. 3, multiple power MOS field effect transistors T 1 and T 2, with their corresponding electrodes to each other in parallel. It is possible that either only a single input transformer E 1 or E 2 is provided for several of these transistors T 1 or T 2 connected in parallel, or that only the electrodes in the output circuit of a plurality of power MOS field-effect transistors, ie the drain - And source-electric, are connected in parallel to each other and in each input circuit of these transistors T 1 and T 2 there is an input transformer E 1 and E 2 , 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 M 1 von Modulationsimpulsen beaufschlagt. Am Ausgang M 2 der Impulssteuerquelle Q liegen die Transistoren T 1 und T 2 bei einem Funkenüberschlag auf seiten der Last (Magnetron M) schützende Strombegrenzungswiderstände R 3 bzw. R 4, welche jeweils der eine größere Anzahl von Windungen aufweisenden Primärwicklung der Eingangsübertrager E 1 bzw. E 2 in Serie geschaltet sind. Die aus einer einzigen Windung oder wenigen Windungen bestehende Sekundärwicklung der Übertrager E 1 bzw. E 2 ist mit ihrem einen Ende mit der Source- und mit ihrem anderen Ende mit der Gate-Elektrode jeweils eines Power-MOS-Feldeffekttransistors T 1 bzw. T 2 verbunden. Es sind jeweils eine Vielzahl von Transistor stufen T 1 bzw. T 2 mit zugeordneten Eingangsübertragern E 1 bzw. E 2 und Strombegrenzungswiderständen R 3 bzw. R 4 parallel geschaltet. Die mit den Transistoren T 1 bzw. T 2 bestückten Schalter arbeiten im Gegentakt und werden im Gegentakt von der ebenfalls als Gegentaktstufe arbeitenden Impulssteuer quelle Q beaufschlagt. Alle Transistoren T 1 und T 2 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 Darin- Elektrode. Die Drain-Elektrode der Transistoren T 1 liegt an Masse, welche mit dem Pluspol einer Leistungs-Gleichspannungs quelle U _G verbunden ist, welche z. B. eine Gleichspannung von 400 V abgibt. Die Gate-Elektroden der Transistoren T 1 sind außer mit dem einen Anschluß der Sekundärwicklung des zuge ordneten Eingangsübertragers E 1 zum einen über eine Drossel Dr mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle U _G und zum anderen über einen ersten Kondensator C 1 mit dem einen Anschluß der Primärwicklung eines Ausgangsübertragers Ü verbunden. An der Verbindungsstelle zwischen diesem ersten Kondensator C 1 und der Primärwicklung des Ausgangsüber tragers ist mit ihrer Kathode eine erste Diode D 1 angeschlos sen, deren Anode an Masse liegt. Am anderen Anschluß der Primärwicklung des Ausgangsübertragers Ü liegen zum einen die Drain-Elektroden der zweiten Power-MOS-Feldeffekttransis toren T 2 und zum anderen ist mit ihrer Anode eine zweite Diode D 2 angeschlossen, deren Kathode mit Masse verbunden ist. Die Gate-Elektroden der Transistoren T 2 sind außer mit dem einen Anschluß der Sekundärwicklung des jeweils zuge ordneten Eingangsübertragers E 2 zum einen noch über einen zweiten Kondensator C 2 mit Masse und zum anderen mit dem Minuspol der Gleichspannungsquelle U _G verbunden. An der Sekundärwicklung des Ausgangsübertrages Ü liegt eine Last, die im dargestellten Fall ein Magnetron M ist. Die Anschlüs se für den Heizstrom sind mit H und für den Magnetronstrom mit I _M bezeichnet. Die Kondensatoren C 1 und C 2 sind Energiespeicherelemente. Während einer Impulsdauer entladen sie sich teilweise, wogegen sie während der Impulspausen von der Gleichspannungsquelle U _G wieder aufgeladen werden. Fig. 4 shows a complete embodiment of a circuit for generating very short power pulses according to the invention with a drive circuit. The control circuit serving as pulse control source Q is acted upon by modulation pulses at its input M 1 . At the output M 2 of the pulse control source Q , the transistors T 1 and T 2 are in the event of a sparkover on the side of the load (magnetron M), protective current limiting resistors R 3 and R 4 , each of which has a larger number of turns in the primary winding of the input transformers E 1 and E 2 are connected in series. The secondary winding of the transformers E 1 and E 2 , consisting of a single turn or a few turns, is at its one end with the source and at the other end with the gate electrode of a power MOS field-effect transistor T 1 or T 2 connected. A plurality of transistor stages T 1 and T 2 with associated input transformers E 1 and E 2 and current limiting resistors R 3 and R 4 are connected in parallel. The switches equipped with the transistors T 1 and T 2 work in push-pull mode and are acted upon in push-pull mode by the pulse control source Q, which also works as a push-pull stage. All transistors T 1 and T 2 operate in a gate circuit, ie the electrodes in the input circuit are the source and gate electrodes and the electrodes in the output circuit are the gate and drain electrodes. The drain electrode of the transistors T 1 is grounded, which is connected to the positive pole of a power direct voltage source U _G , which, for. B. outputs a DC voltage of 400 V. The gate electrodes of the transistors T 1 are with one connection of the secondary winding of the assigned input transformer E 1 on the one hand via a choke Dr with the negative pole of the DC voltage source U _G and on the other hand via a first capacitor C 1 with one connection of the Primary winding of an output transformer Ü connected. At the junction between this first capacitor C 1 and the primary winding of the output transformer, a cathode is connected to a first diode D 1 , the anode of which is connected to ground. At the other terminal of the primary winding of the output transformer Ü , on the one hand, the drain electrodes of the second power MOS field-effect transistors T 2 and, on the other hand, a second diode D 2 is connected to their anode, the cathode of which is connected to ground. The gate electrodes of the transistors T 2 are connected to the one terminal of the secondary winding of the assigned input transformer E 2 on the one hand via a second capacitor C 2 to ground and on the other hand to the negative pole of the DC voltage source U _G. There is a load on the secondary winding of the output transfer U , which is a magnetron M in the case shown. The connections for the heating current are labeled H and for the magnetic current I _M. The capacitors C 1 and C 2 are energy storage elements. They discharge partially during a pulse duration, whereas they are recharged by the DC voltage source U _G during the pulse pauses.

Damit die transistorzerstörenden Spikes unterdrückt werden, sind die Kondensatoren C 3 und C 6 sowie die Dioden D 3 und D 4 vorgesehen. Darüber hinaus sind gegen die Spikes noch zwei Tiefpässe vorgesehen, die jeweils aus einer Drossel Dr 1 bzw. Dr 2, einem Widerstand R 5 bzw. R 6 und einem Kondensator C 4 bzw. C 5 zusammengesetzt sind.So that the transistor-destroying spikes are suppressed, the capacitors C 3 and C 6 and the diodes D 3 and D 4 are provided. In addition, two low passes are provided against the spikes, each of which is composed of a choke Dr 1 or Dr 2 , a resistor R 5 or R 6 and a capacitor C 4 or C 5 .

Dadurch, daß die Strombegrenzungswiderstände R 3 bzw. R 4 wegen des Betriebs der Transistoren T 1 bzw. T 2 in Gate- Schaltung auf der Primärseite der beiden Eingangsübertrager E 1 bzw. E 2 angeordnet werden können, müssen sie nicht so extrem niederohmig ausgelegt werden, wie bei Anbringung auf der Sekundärseite des Eingangsübertragers E 1 bzw. E 2. Die Eingangsübertrager E 1 und E 2 weisen ein Übersetzungsverhält nis 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 T 1 und T 2 läßt sich dann auf einer einzigen Leiterplatte ohne große Schwierigkeiten anbringen. Because the current limiting resistors R 3 and R 4 can be arranged in the gate circuit on the primary side of the two input transformers E 1 and E 2 because of the operation of the transistors T 1 and T 2 , they need not be designed to be extremely low-resistance , as when attached to the secondary side of the input transformer E 1 or E 2 . The input transformers E 1 and E 2 have a transmission ratio of, for example, 25: 1. They can be implemented in the same way as shown in FIG. 2. The entire circuit with all power MOS field effect transistors T 1 and T 2 can then be attached to a single circuit board without great difficulty.

Fig. 5 zeigt in einem anderen Ausführungsbeispiel das Schalt bild einer Schaltung zur Erzeugung von sehr kurzen Leistungs impulsen nach der Erfindung unter Verwendung von N in Kaskade geschalteten Power-MOS-Feldeffekttransistoren T 1, T 2, . . ., TN, die in Gate-Schaltung betrieben werden. Prinzipiell ist auch ein Betrieb in Source-Schaltung möglich. Auf der Eingangsseite weist jede Kaskadenstufe einen Eingangsüber trager 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 T 1, T 2, . . ., TN verbunden. Die Ausgangskreise der Transistoren T 1, T 2, . . ., TN sind in Kaskade geschaltet und beaufschlagen die Last R, der auch ein Impulstransformator vorgeschaltet sein kann. Als Energiespeicher dienen die Kondensatoren C 1, C 2, . . ., CN. Die Schaltung nach Fig. 5 hat den Vorteil, daß sich bei einer Betriebsgleichspannung von z. B. 400 Volt eine Pulsspannung U _puls von N · 400 Volt ergibt. Bei Spannungen im 1000-Volt-Bereich kann auf einen Impulstransformator vor der Last R verzichtet werden. In jedem Ausgangskreis der Transis toren T 1, T 2, . . ., 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. Durch diese Schutzelemente werden die Transistoren gegen Rückschlagspannungen sowie Unsymmetrien der Spannungsver teilung geschützt. Mit Dr sind Drosseln bezeichnet. Fig. 5 shows in another embodiment, the circuit diagram of a circuit for generating very short power pulses according to the invention using N cascaded Power MOS field effect transistors T 1 , T 2 ,. . ., TN , which are operated in a gate circuit. In principle, operation in a source circuit is also possible. On the input side, each cascade stage has an input transformer E which is acted upon by a pulse control source Q via a series resistor RE acting as a current limiter on the primary side. Each secondary winding of the input transformer E has a single turn or a few turns and is connected at its ends to the source and the gate connection of a transistor T 1 , T 2 ,. . ., TN connected. The output circuits of the transistors T 1 , T 2,. . ., TN are connected in cascade and act on the load R , which can also be preceded by a pulse transformer. The capacitors C 1 , C 2,. . ., CN . The circuit of FIG. 5 has the advantage that, at an operating DC voltage of z. B. 400 volts gives a _pulse voltage U _pulse of N · 400 volts. For voltages in the 1000 volt range, a pulse transformer in front of the load R can be dispensed with. In each output circuit of the transistors T 1 , T 2 ,. . ., TN , a protective circuit against spikes is provided, which can occur with inductive load or arcing. Each of these protective circuits consists of a capacitor CS , a diode DS and a choke DrS . These protective elements protect the transistors against kickback voltages and asymmetries in the voltage distribution. Throttles are designated with Dr.

Claims

1.Circuit for generating very short power pulses, in particular for latching and latching a runtime tube, using a power MOS field-effect transistor switch, which has a pulse control source in its input circuit for driving and in its output circuit except for the load, that is to say, for example Running time tube, as an energy storage element has a capacitor, which partially discharges to the load during a pulse duration and which is recharged by a DC voltage source during the pulse pauses, characterized in that to achieve extremely short switching times, i.e. a few nanoseconds, of the power -MOS field-effect transistor (T) has in its input circuit an input transformer (E) on its primary winding provided with a larger number of turns by the pulse control source (Q) , the secondary winding of which consists of a plurality of turns connected in parallel, of a single turn or of only a few in Rei he switched turns, the two secondary winding ends are directly connected to the two input electrodes of the power MOS field-effect transistor.

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

3. A circuit according to claim 2, characterized in that only the primary winding ( 2 ) is wound on the toroidal core ( 1 ) of the toroidal core transformer, that the secondary winding consisting of a plurality of turns connected in parallel consists of a cylindrical metal pot ( 3 ) with a coaxial inner cylinder ( 4 ), which is attached to the bottom ( 5 ) of the metal pot, and that the toroidal core is arranged together with the primary winding thereon in the space between the metal pot and the inner cylinder.

4. Circuit according to claim 3, characterized in that the two connecting conductors ( 8, 9 ) for the primary winding ( 2 ) are led out through a small hole ( 10 ) in the metal pot ( 3 ).

5. Circuit according to claim 3 or 4, characterized in that the bottom ( 5 ) facing away from the circular edge ( 11 ) of the metal pot ( 3 ) and the one end face ( 12 ) of the inner cylinder ( 4 ) on mutually insulated conductor areas ( 13, 14th ) a printed circuit board ( 15 ) on which the power MOS field-effect transistor is attached.

6. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that only those in the output circuit electrodes of several power MOS field-effect transistors are connected in parallel to each other and in each input circuit of these transistors each have an input transformer lies, and that the primary sides of these input transformers are connected in parallel.

7. Circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that several power MOS field effect Transistors with their corresponding electrodes are connected in parallel that for several of these parallel-connected transistors for driving only one Input transformer is provided, and that the primary winding lungs of these input transformers connected in parallel are.

8. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that two push-pull transistor switches (T 1 , T 2 ) are provided which are acted upon in their input circuit by a push-pull pulse control source (Q) .

9. A circuit according to claim 8, characterized in that all power MOS field effect transistors (T 1 , T 2 ) are operated in a gate circuit and thus the electrodes in the input circuit, the source and gate electrodes and in the output circuit Electrodes are the gate and drain electrodes, that between the gate and source electrodes of the transistors (T 1 , T 2 ) the secondary winding of an input transformer (E 1 , E 2 ) lies between the primary winding of an input transformer The output connections of the pulse control source (Q) is that the drain electrode of a transistor switch (T 1 ) of the push-pull circuit is connected to the ground with the positive pole of the DC voltage source (U _G ) at the same potential and the gate electrode except for one connection the secondary winding of the associated input transformer (E 1 ) on the one hand via a choke (Dr) with the negative pole of the DC voltage source (U _G ) and on the other hand via a en first capacitor (C 1 ) is connected to the one terminal of the primary winding of an output transformer (Ü) , that at the junction between this first capacitor (C 1 ) and the primary winding of the output transformer (Ü) with its cathode a first diode (D 1 ) is connected, the anode of which is connected to ground, that at the other terminal of the primary winding of the output transformer (Ü) on the one hand is the drain electrode of the second transistor (T 2 ) of the push-pull circuit and on the other hand with its anode is a second diode (D 2 ) is connected, the cathode of which is connected to ground, that the gate electrode of the second transistor (T 2 ), in addition to the one connection of the secondary winding of the associated input transformer (E 2 ), on the one hand via a second capacitor (C 2 ) to ground and on the other hand with the negative pole of the DC voltage source (U _G ), and that on the secondary winding of the output transformer (Ü) the load, for. B. a magnetron (M) is connected ( Fig. 4).

10. A circuit according to claim 9, characterized in that in series the primary winding of the input transformer (E 1 , E 2 ) is an ohmic resistor (R 3 , R 4 ) for current limitation.

11. Circuit according to one of claims 1 to 5, characterized by a cascade connection of the output circuits of a plurality of power MOS field-effect transistors (T 1 , T 2 , ... , TN in Fig. 5).

12. Circuit according to claim 11, characterized by a protection circuit against spikes in each transistor output circuit, which consists of a capacitor (CS) and a series connection of a diode (DS) and a choke (DrS) .

13. Circuit according to one of the preceding claims, characterized by its use as a modulator in one Pulse radar transmitter.