RU2030095C1

RU2030095C1 - Pulse generator

Info

Publication number: RU2030095C1
Authority: RU
Inventors: А.П. Шершунов; И.С. Головицын
Original assignee: Шершунов Александр Павлович
Priority date: 1991-07-04
Filing date: 1991-07-04
Publication date: 1995-02-27

Abstract

FIELD: pulse equipment. SUBSTANCE: pulse generator has transformer with feedback windings, controlling time-setting circuit on two resistors and one capacitor and source of back bias voltage. Time-setting circuit acts on controlling transistors which control together with source of back bias voltage in their turn processes of switching over of commutating transistors. Transformer of generator is placed in collector circuits of commutating transistors and works under linear mode of change of magnetic inductance of its core. Diode-resistor-capacitor elements providing conditions of soft-excitation and formation of commutation pulses are placed into base circuit of commutation pulses. EFFECT: enhanced reliability of pulse generator over high commutation frequencies, keeping of capabilities for soft self-excitation and for controlled stopping of generation. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к импульсной технике. The invention relates to a pulse technique.

Известен генератор импульсов, содержащий ИВМ, выходной трансформатор с обмотками обратной связи, включенными в ветви ИВМ, и коммутирующие транзисторы с диодами, шунтирующими база-эмиттерные переходы этих транзисторов. Базы каждого из коммутирующих транзисторов через времязадающие конденсаторы, обмотки обратной связи и времязадающие резисторы соединены с коллекторами противоположных коммутирующих транзисторов и с коллекторами своих же коммутирующих транзисторов через диоды, дополнительно введенные резисторы и времязадающие резисторы, при этом выводы обмоток обратной связи через диоды соединены с дополнительно введенным переменным резистором, включенным между полюсами источника питания, образующего совместно с соответствующими первичными обмотками трансформатора вторые ветви времязадающих мостов. A known pulse generator containing an IWM, an output transformer with feedback windings included in the branches of the IWM, and switching transistors with diodes shunting the base-emitter junctions of these transistors. The bases of each of the switching transistors through time-varying capacitors, feedback windings and time-setting resistors are connected to the collectors of opposite switching transistors and to the collectors of their own switching transistors through diodes, additionally introduced resistors and time-setting resistors, while the outputs of the feedback windings through diodes are connected to an additional input a variable resistor connected between the poles of the power source, forming together with the corresponding primary coils the transformer weights are the second branches of the timing bridges.

Недостатком названного генератора импульсов является наличие значительных выбросов на вершинах импульсов в моменты переключения коммутирующих транзисторов, что ведет и к ограничению допустимого уровня напряжения источника питания и к росту мощности потерь на переключение коммутирующих транзисторов, а в результате снижению надежности работы генератора. The disadvantage of this pulse generator is the presence of significant surges on the tops of the pulses at the switching moments of the switching transistors, which leads to a limitation of the allowable voltage level of the power source and to an increase in the power of switching losses of switching transistors, and as a result of a decrease in the reliability of the generator.

Известен также генератор импульсов, содержащий трансформатор, два времязадающих резистора, первые выводы которых соединены через конденсатор, первый, второй, третий и четвертый транзисторы одного типа проводимости, у которых эмиттеры соединены с общей шиной, коллекторы первого и второго транзисторов соединены с выводами первичной обмотки трансформатора, средняя точка которой соединена с шиной питания. Базы и коллекторы первого, третьего и второго, четвертого соединены между собой и через резисторы соответственно с коллекторами второго и первого транзисторов. В генератор импульсов введены две обмотки обратной связи трансформатора, одни выводы которых соединены с общей шиной, а другие - с вторыми выводами времязадающих резисторов, первые выводы которых соединены с базами третьего и четвертого транзисторов. Also known is a pulse generator containing a transformer, two timing resistors, the first terminals of which are connected through a capacitor, the first, second, third and fourth transistors of the same type of conductivity, in which the emitters are connected to a common bus, the collectors of the first and second transistors are connected to the terminals of the transformer primary whose midpoint is connected to the power bus. The bases and collectors of the first, third and second, fourth are interconnected and through resistors, respectively, with the collectors of the second and first transistors. Two transformer feedback windings are introduced into the pulse generator, one of the terminals of which are connected to a common bus, and the other to the second terminals of the timing resistors, the first terminals of which are connected to the bases of the third and fourth transistors.

Однако генератор имеет недостаточно высокий КПД. However, the generator has a low efficiency.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является генератор, содержащий трансформатор, два времязадающих резистора, первые выводы которых соединены через конденсатор, первый, второй, третий и четвертый транзисторы одного типа проводимости, у которых эмиттеры соединены с общей шиной, коллекторы первого и второго транзисторов соединены с выводами первичной обмотки трансформатора, средняя точка которой соединена с шиной питания, базы и коллекторы первого, третьего и второго, четвертого транзисторов соединены между собой и через резисторы соответственно с коллекторами второго и первого транзисторов. В генератор импульсов между коллектором и базами первого и второго коммутирующих транзисторов введены три резистора и два диода, при этом коллектор каждого коммутирующего транзистора через два последовательно соединенных диода анодом через первый дополнительный резистор соединен с выводом обмотки обратной связи и через второй дополнительный резистор - с базой коммутирующего транзистора, а к точке соединения первого и второго диодов подключены выводом запускающего резистора и через третий дополнительный резистор база-коммутирующего транзистора. The closest in technical essence to the proposed one is a generator containing a transformer, two timing resistors, the first terminals of which are connected through a capacitor, the first, second, third and fourth transistors of the same conductivity type, in which the emitters are connected to a common bus, the collectors of the first and second transistors are connected with the conclusions of the primary winding of the transformer, the middle point of which is connected to the power bus, the bases and collectors of the first, third, second, fourth transistors are interconnected and through resistors, respectively, with the collectors of the second and first transistors. Three resistors and two diodes are introduced into the pulse generator between the collector and the bases of the first and second switching transistors, while the collector of each switching transistor is connected through two first connected diodes to the feedback winding via the first additional resistor and to the switching base through the second additional resistor transistor, and to the connection point of the first and second diodes are connected by the output of the starting resistor and through the third additional base-switching resistor transistor.

Недостатки генератора-прототипа - сложность конструкции, невысокая надежность из-за большой мощности потребления на высоких частотах коммутации. The disadvantages of the prototype generator are the complexity of the design, low reliability due to the high power consumption at high switching frequencies.

Цель изобретения - повышение надежности генератора, упрощение конструкции источника обратного напряжения смещения и дискретное изменение величины напряжения смещения. The purpose of the invention is to increase the reliability of the generator, simplifying the design of the source of the reverse bias voltage and a discrete change in the magnitude of the bias voltage.

В отличие от прототипа в генераторе между эмиттерами третьего и четвертого транзисторов и общей шиной питания введен источник обратного напряжения смещения. При этом для упрощения источника обратного напряжения смещения, а также возможности дискретного изменения величины напряжения смещения, базы первого и второго транзисторов генератора импульсов могут быть соединены между собой через два встречно-последовательно включенных диодов, средняя точка соединения их с одной стороны соединена с эмиттерами третьего и четвертого транзисторов, а с другой - с общей шиной питания через конденсатор, параллельно которому подключены N диодов для выбора и ограничения напряжения заряда конденсатора на заданном уровне, при этом величина смещения выбирается в пределах больше 0, но меньше амплитуды напряжения обмотки обратной связи трансформатора. In contrast to the prototype, a source of reverse bias voltage is introduced in the generator between the emitters of the third and fourth transistors and the common power bus. Moreover, to simplify the source of the reverse bias voltage, as well as the possibility of discrete changes in the bias voltage, the bases of the first and second transistors of the pulse generator can be interconnected via two counter-series-connected diodes, the middle point of their connection on one side is connected to the emitters of the third and the fourth transistor, and on the other, with a common power bus through a capacitor, in parallel with which N diodes are connected to select and limit the charge voltage of the capacitor to at this level, while the magnitude of the bias is selected in the range of more than 0, but less than the amplitude of the voltage of the feedback winding of the transformer.

Таким образом изобретение отвечает критериям изобретения "новизна" и "существенные отличия". Thus, the invention meets the criteria of the invention of "novelty" and "significant differences".

На фиг. 1 и 2 схематически представлен предлагаемый генератор. In FIG. 1 and 2 schematically represent the proposed generator.

Генератор состоит из трансформатора 1 с обмотками, 2.1-2.5 первого 3 и второго 4 транзисторов, выполняющих функцию коммутирующих транзисторов, запускающих резисторов 5 и 6, резисторов 7-12, третьего 13 и четвертого 14 транзисторов, выполняющих функцию управляющих транзисторов, времязадающего конденсатора 15, времязадающих резисторов 11 и 12, конденсаторов 16 и 17, источника 18 обратного напряжения смещения и источника 19 напряжения питания. Коллекторы транзисторов 3 и 4 соединены соответственно с резисторами 6 и 5 и первичными обмотками 2.3 и 2.4 трансформатора 1, средний вывод которых соединен с общей потенциальной точкой источника 19 напряжения питания. Нагрузка подключается к выходной обмотке 2.5 трансформатора 1. Времязадающие резисторы 11 и 12 в база-эмиттерных цепях транзисторов 13 и 14 включены последовательно с обмотками 2.1 и 2.2 обратной связи, которые имеют согласное направление магнитных потоков один к другому, а времязадающий конденсатор 15 включен между базами транзисторов 13 и 14. Резисторы 7, 8 и 9, 10 соединены последовательно соответственно между собой, коллекторами транзисторов 13 и 14 и обмотками 2.1 и 2.2 обратной связи. Конденсаторы 16 и 17 включены соответственно параллельно резисторам 8 и 10. The generator consists of a transformer 1 with windings, 2.1-2.5 of the first 3 and second 4 transistors acting as switching transistors, starting resistors 5 and 6, resistors 7-12, third 13 and fourth 14 transistors acting as control transistors, timing capacitor 15, timing resistors 11 and 12, capacitors 16 and 17, the source 18 of the reverse bias voltage and the source 19 of the supply voltage. The collectors of transistors 3 and 4 are connected respectively with resistors 6 and 5 and primary windings 2.3 and 2.4 of transformer 1, the middle terminal of which is connected to a common potential point of the power supply source 19. The load is connected to the output winding 2.5 of the transformer 1. The timing resistors 11 and 12 in the base-emitter circuits of the transistors 13 and 14 are connected in series with the feedback windings 2.1 and 2.2, which have a consistent magnetic flux direction to each other, and the timing capacitor 15 is connected between the bases transistors 13 and 14. Resistors 7, 8 and 9, 10 are connected in series with each other, collectors of transistors 13 and 14, and feedback windings 2.1 and 2.2, respectively. Capacitors 16 and 17 are connected in parallel with resistors 8 and 10, respectively.

При необходимости могут быть включены в цепи транзисторов 3 и 4 низкоомные резисторы 20 и 21, а параллельно их база-эмиттерным переходам в обратном направлении - диоды 22 и 23. Источник 18 обратного напряжения смещения включен между эмиттерами транзисторов 13 и 14 и общей шиной питания. Источник 18 обратного напряжения смещения с дискретно изменяемой величиной напряжения смещения может быть автономным или выполненным как единое целое с генератором. В частности, в качестве источника 18 может быть использована одна из многочисленных известных схем линейных стабилизаторов напряжения. If necessary, low-resistance resistors 20 and 21 can be included in the circuits of transistors 3 and 4, and diodes 22 and 23 in parallel with their base-emitter junctions in the opposite direction. A bias reverse voltage source 18 is connected between the emitters of transistors 13 and 14 and a common power bus. The source 18 of the reverse bias voltage with a discretely variable magnitude of the bias voltage can be autonomous or made as a unit with the generator. In particular, one of the many known schemes of linear voltage stabilizers can be used as source 18.

На фиг. 2 приведена схема предлагаемого генератора с упрощенным источником 18 обратного напряжения смещения дискретного значения, выполненным как единое целое с генератором, что позволяет уменьшить общее число элементов в нем. In FIG. 2 shows a diagram of the proposed generator with a simplified source 18 of the reverse bias voltage of a discrete value, made as a unit with the generator, which reduces the total number of elements in it.

Источник 18 состоит из двух встречно-последовательно включенных диодов 24 и 25, выполняющих функцию двухполупериодного выпрямителя и включенных соответственно между базами транзисторов 3 и 4. Точка соединения диодов 24 и 25 подключена к эмиттерам транзисторов 13 и 14, к которым подключен конденсатор 26 одним концом и к общей шине другим. Параллельно конденсатору 26 подключены последовательно соединенные между собой диоды 27 и 28, фактическое число которых зависит от требований к величине обратного дискретного напряжения смещения. Source 18 consists of two counter-series-connected diodes 24 and 25, performing the function of a half-wave rectifier and connected respectively between the bases of transistors 3 and 4. The connection point of diodes 24 and 25 is connected to the emitters of transistors 13 and 14, to which a capacitor 26 is connected at one end and to the shared bus to others. Parallel to the capacitor 26 are connected in series with each other diodes 27 and 28, the actual number of which depends on the requirements for the value of the inverse discrete bias voltage.

Генератор работает следующим образом. The generator operates as follows.

Запускающий ток течет от плюсовой шины источника 19 через обмотку 2.4 трансформатора 1, на которой развивается напряжение, численно равное по величине и согласное по направлению напряжения источника 19 питания, далее через резистор 5 и база-эмиттерный переход коммутирующего транзистора 3 - на минусовую шину источника 19 (общая шина питания). Этот ток приоткрывает коммутирующий транзистор 3, вызывая изменения его коллекторного тока. В результате на всех обмотках трансформатора 1 появляется напряжение определенного направления. На обмотке 2.1 оно такое, что ток потечет через нее, далее через резисторы 7, 8, конденсатор 16, база-эмиттерный переход транзистора 3 и вновь на обмотку 2.1. The starting current flows from the positive bus of the source 19 through the winding 2.4 of the transformer 1, on which a voltage develops that is numerically equal in magnitude and consistent in the direction of the voltage of the power supply 19, then through the resistor 5 and the base-emitter junction of the switching transistor 3 to the negative bus of the source 19 (common power bus). This current opens the switching transistor 3, causing changes in its collector current. As a result, a voltage of a certain direction appears on all the windings of the transformer 1. On winding 2.1 it is such that current flows through it, then through resistors 7, 8, capacitor 16, the base-emitter junction of transistor 3, and again to winding 2.1.

В результате действия положительной обратной связи транзистор 3 открывается и практически все напряжение источника 19 прикладывается к первичной обмотке 2.3 трансформатора 1. Величина резистора 8 соизмерима с величиной запускающего резистора 5 и практически не оказывает влияние на величину базового тока транзистора 3, который определяется величинами емкости конденсатора 16, резистора 7 и направления обмотки обратной связи 2.1. На выходной обмотке 2.5 трансформатора 1 при этом вырабатывается одна из полуволн, длительность которой определяется временем заряда конденсатора 15 до величины напряжения, при которой управляющий транзистор 13 открывается. При этом транзистор 3 форсированно запирается источником 18 обратного напряжения смещения, а транзистор 4 открывается. Напряжения на всех обмотках трансформатора 1 изменяются по фазе на 180^о и начинается аналогичный процесс на правом плече генератора импульсов. Динамика указанных процессов повторяется и принимает периодический характер, а на выходной обмотке 2.5 трансформатора 1 вырабатываются прямоугольные биполярные импульсы.As a result of the positive feedback, the transistor 3 opens and almost the entire voltage of the source 19 is applied to the primary winding 2.3 of the transformer 1. The value of the resistor 8 is comparable with the value of the starting resistor 5 and practically does not affect the base current of the transistor 3, which is determined by the capacitance 16 , resistor 7 and direction of the feedback winding 2.1. At the output winding 2.5 of the transformer 1, one of the half-waves is generated, the duration of which is determined by the charge time of the capacitor 15 to the voltage value at which the control transistor 13 opens. In this case, the transistor 3 is forcedly blocked by the source 18 of the reverse bias voltage, and the transistor 4 opens. The voltages on all the windings of the transformer 1 change in phase by 180 ^° and a similar process begins on the right shoulder of the pulse generator. The dynamics of these processes is repeated and assumes a periodic nature, and rectangular bipolar pulses are generated at the output winding 2.5 of the transformer 1.

Предлагаемый генератор импульсов имеет более простую электрическую схему (меньшее число элементов и все диоды низковольтные, отсутствуют высоковольтные диоды 19 и 21 по прототипу, на катодах которых имеет место удвоение напряжения по сравнению с напряжением источника питания); более высокий КПД - 80% против 71% известных генераторов; меньшую величину тока холостого хода: 16 мА (против 23 мА на высокой частоте коммутации порядка 500 кГц для двухтактных генераторов импульсов с трансформатором на ферритовом сердечнике); мягкое самовозбуждение под максимальной нагрузкой при 8,5 В (против 9,8 В), что гарантирует управляемый срыв генерации и под максимальной нагрузкой. The proposed pulse generator has a simpler electrical circuit (fewer elements and all low-voltage diodes, there are no high-voltage diodes 19 and 21 of the prototype, at the cathodes of which there is a doubling of the voltage compared to the voltage of the power source); higher efficiency - 80% against 71% of known generators; lower idle current: 16 mA (against 23 mA at a high switching frequency of about 500 kHz for push-pull pulse generators with a transformer on a ferrite core); soft self-excitation under maximum load at 8.5 V (versus 9.8 V), which guarantees controlled stalling of generation and under maximum load.

Все это повышает надежность и расширяет функциональные возможности генератора импульсов в различных схематических решениях устройств электропитания и систем автоматики. All this increases reliability and expands the functionality of the pulse generator in various schematic solutions of power supply devices and automation systems.

Claims

1. A PULSE GENERATOR, comprising a transformer with two feedback windings, two timing resistors, the first terminals of which are connected to each other through a capacitor, two switching and two control transistors of the same type of conductivity, the emitters of the switching transistors are connected to a common bus, and their collectors are connected to the terminals the primary winding of the transformer, the midpoint of which is connected to the power bus, the collectors of the control transistors are connected to the first terminals of the starting resistors, the base switching x transistors are connected to the collectors of the corresponding control transistors, some of the terminals of the feedback windings of the transformer are connected to a common bus, and others are connected to the second terminals of the timing resistors, the first terminals of which are connected to the bases of the corresponding control transistors, the bases of the switching transistors through the corresponding first and second resistors connected in series parallel to the last capacitor connected, connected to the second terminals of the corresponding feedback windings of the transformer Characterized in that, in order to increase reliability, it is entered in reverse bias voltage source connected between the emitters of control transistors and a common bus supply.

2. The generator according to claim 1, characterized in that, in order to simplify the source of the reverse voltage, as well as to enable discrete changes in the bias voltage, the base of the switching transistors are connected through two on-line diodes, the common output of which is connected to the emitters of the control transistors and with a common bus through an inserted capacitor, parallel to which N input diodes are connected, and the bias voltage is selected to be greater than zero, but less than the voltage amplitude transformer feedback windings.