RU2069451C1 - High-power pulse modulator - Google Patents
High-power pulse modulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2069451C1 RU2069451C1 SU5054815A RU2069451C1 RU 2069451 C1 RU2069451 C1 RU 2069451C1 SU 5054815 A SU5054815 A SU 5054815A RU 2069451 C1 RU2069451 C1 RU 2069451C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diode
- output
- thyratron
- voltage
- line
- Prior art date
Links
Landscapes
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиоэлектронике, а более конкретно к импульсной технике, и может быть использовано в генераторах мощных импульсов для питания СВЧ-приборов в радиопередающих устройствах РЛС и других систем, в оборудовании для испытаний мощных СВЧ-приборов. The invention relates to electronics, and more particularly to pulsed technology, and can be used in high-power pulse generators for powering microwave devices in radio transmitting devices of radar and other systems, in equipment for testing powerful microwave devices.
Известен и широко применяется импульсный модулятор с полным разрядом емкостного накопителя энергии формирующей линии с помощью "мягкого" коммутатора-тиратрона, тиристора [1]
Такой модулятор сравнительно прост, экономичен и надежен, позволяет получить очень большую импульсную (до сотен МВт) и среднюю (десятки кВт) мощность.Known and widely used pulse modulator with a full discharge of the capacitive energy storage of the forming line using a "soft" thyratron switch, thyristor [1]
Such a modulator is relatively simple, economical and reliable; it allows to obtain a very large pulsed (up to hundreds of MW) and average (tens of kW) power.
Но его недостатком является необходимость применения высоковольтного источника питания с регулируемым напряжением. But its drawback is the need to use a high-voltage power supply with adjustable voltage.
Проблема снижения напряжения источника, питающего импульсный модулятор, известна и решается различными способами. Так, в устройстве [2] для этой цели используется промежуточный накопитель энергии конденсатор, заряжаемый от источника через дроссель и диод и затем разряжаемый на формирующую линию с помощью вспомогательного тиристора через повышающий импульсный трансформатор. Разряд линии на нагрузку производится с помощью коммутирующего тиратрона. Устройство, хотя и позволяет получить напряжение заряда линии, превышающее напряжение источника в необходимое число раз, но отличается сложностью. Полезный эффект достигается ценой введения дополнительных элементов. В устройстве имеются два емкостных накопителя энергии, конденсатор и формирующая линия, и каждый из них должен запасать полную энергию выходного импульса. При большом уровне мощности модулятора это значительно увеличивает его габариты и массу по сравнению с обычным модулятором, имеющим один накопитель-линию. Дополнительный трансформатор также имеет большие габариты и массу. Поэтому такое техническое решение не нашло применения в мощных модуляторах. The problem of reducing the voltage of the source supplying the pulse modulator is known and is solved in various ways. So, in the device [2] for this purpose an intermediate energy storage device is used, a capacitor charged from the source through the inductor and diode and then discharged to the forming line with the help of an auxiliary thyristor via a boost pulse transformer. The discharge line to the load is made using a switching thyratron. The device, although it allows you to get the charge voltage of the line, exceeding the voltage of the source by the required number of times, but differs in complexity. A useful effect is achieved at the cost of introducing additional elements. The device has two capacitive energy storage devices, a capacitor and a forming line, and each of them must store the total energy of the output pulse. With a high level of power of the modulator, this significantly increases its dimensions and weight compared to a conventional modulator having one drive-line. An additional transformer also has large dimensions and weight. Therefore, this technical solution has not found application in powerful modulators.
Другим недостатком его является то, что плавная регулировка выходного напряжения возможна только изменением напряжения источника питания. Another disadvantage of it is that smooth adjustment of the output voltage is possible only by changing the voltage of the power source.
Наиболее близким к заявленному устройству является импульсный модулятор с зарядом формирующей линии от источника постоянного напряжения через дроссель и диод и полным разрядом формирующей линии на нагрузку с помощью коммутирующего тиратрона [3] принятый за прототип. Closest to the claimed device is a pulse modulator with the charge of the forming line from a constant voltage source through the inductor and diode and the full discharge of the forming line to the load using a switching thyratron [3] adopted as a prototype.
Устройство-прототип включает следующие элементы: источник постоянного напряжения, зарядную цепь, состоящую из последовательно соединенных дросселя и диода, формирующую линию, нагрузку, коммутирующий прибор-тиратрон, генератор управляющих импульсов, цепь снятия перезаряда, состоящую из последовательно соединенных резистора и диода, а также диод, шунтирующий нагрузку. The prototype device includes the following elements: a constant voltage source, a charging circuit consisting of a series-connected inductor and a diode, forming a line, a load, a switching thyratron device, a control pulse generator, a charge-removal circuit consisting of a series-connected resistor and a diode, and diode, shunting the load.
Положительный полюс источника питания через зарядную цепь связан с анодом тиратрона, одним выводом формирующей линии и отрицательным полюсом цепи снятия перезаряда. Второй вывод формирующей линии соединен с одним выводом нагрузки и анодом диода, шунтирующего ее. С общей шиной связаны отрицательный полюс источника питания, катод тиратрона, положительный полюс цепи снятия перезаряда, второй вывод загрузки и катод диода, шунтирующего ее. Выход генератора управляющих импульсов связан с сеткой тиратрона. The positive pole of the power source through the charging circuit is connected to the anode of the thyratron, one output of the forming line and the negative pole of the circuit for removing the overcharge. The second terminal of the forming line is connected to one terminal of the load and the anode of the diode shunting it. The negative pole of the power supply, the cathode of the thyratron, the positive pole of the overcharge circuit, the second output terminal and the cathode of the diode shunting it are connected to a common bus. The output of the control pulse generator is connected to the thyratron grid.
Устройство-прототип работает следующим образом. The prototype device operates as follows.
Формирующая линия заряжается от источника питания через зарядные дроссель и диод до напряжения, не превышающего удвоенного напряжения источника. При подаче на сетку тиратрона импульса от генератора управляющих импульсов тиратрон поджигается и происходит полный разряд формирующей линии на нагрузку. Если имеет место рассогласование линии с нагрузкой, возникающее на линии напряжение обратной полярности снимается цепью снятия перезаряда. Диод, шунтирующий нагрузку, обеспечивает прохождение тока заряда линии в случае вентильной нагрузки и устраняет выбросы напряжения обратной полярности. The forming line is charged from the power source through the charging choke and diode to a voltage not exceeding twice the voltage of the source. When a thyratron is supplied with a pulse from a control pulse generator, the thyratron is ignited and a complete discharge of the forming line to the load occurs. If there is a line mismatch with the load, the reverse polarity voltage occurring on the line is removed by the overcharge removal circuit. The load shunt diode provides the passage of charge line current in the case of a valve load and eliminates reverse polarity surges.
Недостатками устройства-прототипа [3] являются необходимость применения высоковольтного источника питания, напряжение которого должно быть не менее половины требуемого напряжения заряда линии, а также сложность регулирования напряжения заряда линии, а, следовательно, выходного напряжения модулятора. The disadvantages of the prototype device [3] are the need to use a high-voltage power supply, the voltage of which must be at least half of the required charge voltage of the line, as well as the difficulty of regulating the charge voltage of the line, and, therefore, the output voltage of the modulator.
К недостаткам устройства-прототипа следует также отнести инерционность регулирования выходного напряжения. Практически невозможно выполнить регулирование напряжения от импульса к импульсу, что бывает необходимо в оборудовании для испытаний мощных ЭВП СВЧ, например для измерения электронного смещения частоты или фазы. The disadvantages of the prototype device should also include the inertia of the regulation of the output voltage. It is practically impossible to carry out voltage-to-pulse voltage regulation, which is necessary in equipment for testing high-power microwave EECs, for example, for measuring electronic frequency or phase displacement.
Предлагаемое изобретение направлено на снижение напряжения питания мощного тиратронного модулятора, упрощение регулировки напряжения на нагрузке, в том числе от импульса к импульсу. The present invention is aimed at reducing the supply voltage of a powerful thyratron modulator, simplifying the adjustment of voltage at the load, including from pulse to pulse.
Поставленная техническая задача решается путем введения в известное устройство [3] дополнительных элементов: электронной лампы и второго генератора управляющих импульсов. The stated technical problem is solved by introducing additional elements into the known device [3]: an electronic lamp and a second control pulse generator.
Связи дополнительно введенных элементов: анод электронной лампы соединен с общей точкой зарядного дросселя и диода, катод с общей шиной. Выход второго генератора управляющих импульсов соединен с управляющим электродом электронной лампы. Connections of additionally introduced elements: the anode of the electron tube is connected to a common point of the charging inductor and diode, the cathode is with a common bus. The output of the second control pulse generator is connected to the control electrode of the electron lamp.
В качестве электронной лампы могут быть применены, например, триод, тетрод, титрон. As an electron lamp can be applied, for example, a triode, tetrode, titron.
В качестве второго генератора управляющих импульсов применяется одновибратор с регулируемой длительностью импульса, причем длительность импульса генератора значительно больше длительности импульса на нагрузке, но меньше периода повторения импульсов. A single vibrator with an adjustable pulse duration is used as the second control pulse generator, and the pulse width of the generator is much longer than the pulse duration at the load, but less than the pulse repetition period.
Введение указанных дополнительных элементов принципиально меняет функцию зарядного дросселя и характер процессов в модуляторе. The introduction of these additional elements fundamentally changes the function of the charging choke and the nature of the processes in the modulator.
В предложенном устройстве зарядный дроссель и электронная лампа, управляемая вторым генератором управляющих импульсов, выполняют функцию индуктивного накопителя энергии. Дроссель заряжается от источника питания током, протекающим через лампу, и разряжается на формирующую линию после запирания лампы. Такое изменение функции и режима работы дросселя обеспечивает получение положительного эффекта в виде повышения напряжения заряда линии до величины, превышающей напряжение заряда линии не в два раза, как в прототипе, а в неограниченное (в принципе) число раз. Величина напряжения заряда линии, а следовательно, и выходного напряжения модулятора, регулируется простым изменением продолжительности открытого состояния лампы, т.е. длительности импульса второго генератора управляющих импульсов, которое может производиться достаточно быстро, вплоть до изменения от периода к периоду повторения. In the proposed device, the charging choke and the electronic lamp, controlled by the second control pulse generator, perform the function of an inductive energy storage device. The inductor is charged from the power source by the current flowing through the lamp, and discharged to the forming line after locking the lamp. Such a change in the function and operating mode of the inductor provides a positive effect in the form of increasing the line charge voltage to a value that exceeds the line charge voltage not two times, as in the prototype, but an unlimited (in principle) number of times. The magnitude of the charge voltage of the line, and hence the output voltage of the modulator, is controlled by a simple change in the duration of the open state of the lamp, i.e. the pulse duration of the second control pulse generator, which can be produced quite quickly, up to a change from period to period of repetition.
Функция и режимы работы остальных элементов предлагаемого устройства те же, что и в устройстве-прототипе. The function and operating modes of the remaining elements of the proposed device are the same as in the prototype device.
Предлагаемое устройство включает следующие элементы (см. фиг. 1): источник питания 1, дроссель 2, первый диод 3, формирующую линию 4, тиратрон 5, нагрузку 6, цепь 7 снятия перезаряда из последовательно соединенных резистора и второго диода, третий диод 8, первый генератор управляющих импульсов 9, электронную лампу 10, второй генератор управляющих импульсов 11 - одновибратор с регулируемой длительностью импульса. The proposed device includes the following elements (see Fig. 1): power supply 1, inductor 2, first diode 3, forming line 4, thyratron 5, load 6, circuit 7 for removing the charge from the series-connected resistor and second diode, third diode 8, the first generator of control pulses 9, an electronic lamp 10, the second generator of control pulses 11 is a one-shot with an adjustable pulse duration.
Отрицательный полюс источника питания 1, первый вывод нагрузки 6, катод тиратрона 5, анод второго диода в цепи снятия перезаряда 7, катод третьего диода 8 и входная цепь первого генератора управляющих импульсов 9 соединены с общей шиной. Положительный полюс источника питания 1 через дроссель 2 соединен с анодом первого диода 3, катод которого соединен с анодом тиратрона 5, первым выводом формирующей линии 4 и через резистор цепи снятия перезаряда 7 с катодом входящего в нее второго диода. Второй вывод формирующей линии 4 соединен со вторым выводом нагрузки 6 и анодом третьего диода 8. Выход первого генератора управляющих импульсов 9 соединен с управляющим электродом тиратрона. Анод электронной лампы 10 соединен с общей точкой дросселя 2 и первого диода 3, а ее катод соединен с общей шиной. Входная цепь второго генератора управляющих импульсов 11 соединена с общей шиной, а его выход соединен с управляющим электродом электронной лампы 10. The negative pole of the power source 1, the first output of the load 6, the cathode of the thyratron 5, the anode of the second diode in the circuit for removing the overcharge 7, the cathode of the third diode 8 and the input circuit of the first generator of control pulses 9 are connected to a common bus. The positive pole of the power source 1 through the inductor 2 is connected to the anode of the first diode 3, the cathode of which is connected to the anode of the thyratron 5, the first output of the forming line 4 and through the resistor of the circuit for removing the overcharge 7 with the cathode of the second diode included in it. The second output of the forming line 4 is connected to the second output of the load 6 and the anode of the third diode 8. The output of the first generator of control pulses 9 is connected to the control electrode of the thyratron. The anode of the electron lamp 10 is connected to a common point of the inductor 2 and the first diode 3, and its cathode is connected to a common bus. The input circuit of the second control pulse generator 11 is connected to a common bus, and its output is connected to a control electrode of the electron lamp 10.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
При поджоге тиратрона 5 импульсов генератора 9 происходит разряд линии 4 на нагрузку 9. Напряжение обратной полярности, имеющееся на линии 4 по окончании разряда в случае ее рассогласования с нагрузкой 6, снимается цепью 7 снятия перезаряда. Диод 8, шунтирующий нагрузку 6, обеспечивает прохождение тока заряда линии в случае вентильной нагрузки, а также отсутствие на ней выбросов напряжения обратной полярности. When the thyratron 5 pulses of the generator 9 are set on fire, line 4 is discharged to load 9. The reverse polarity voltage available on line 4 at the end of the discharge in case of its mismatch with load 6 is removed by the overcharge removal circuit 7. The diode 8, shunting the load 6, ensures the passage of the charge current of the line in the case of a valve load, as well as the absence of reverse voltage spikes on it.
По окончании разряда линии 4 тиратрон 5 переходит в закрытое состояние (гасится). At the end of the discharge of line 4, thyratron 5 goes into a closed state (extinguished).
Процесс заряда происходит следующим образом. The charge process is as follows.
При подаче на управляющий вход лампы 10 импульса от второго генератора управляющих импульсов 11 лампа отпирается и ток в дросселе 2 нарастает во времени по закону:
где Е напряжение источника 1;
Uл падение напряжения на открытой лампе 10 (для простоты анализа можно принять, что лампа 10 имеет "пентодную" характеристику и Uл ≠ f(I);
L индуктивность дросселя 2;
R суммарное омическое сопротивление дросселя 2 и источника 11;
t время, отсчитываемое от момента отпирания лампы 10.When applying to the control input of the lamp 10 pulses from the second generator of control pulses 11, the lamp is unlocked and the current in the inductor 2 increases in time according to the law:
where E is the voltage of the source 1;
U l the voltage drop across the open lamp 10 (for ease of analysis, it can be assumed that the lamp 10 has a "pentode" characteristic and U l ≠ f (I);
L inductance of inductor 2;
R the total ohmic resistance of the inductor 2 and the source 11;
t time counted from the moment of unlocking the lamp 10.
Если пренебречь величиной R, можно считать, что ток в дросселе нарастает по линейному закону:
Лампа 10 остается открытой до окончания импульса на ее управляющем входе, т. е. до момента t1, после чего запирается. В этот момент ток в дросселе составляет:
В дросселе 2 накоплена энергия, поэтому после запирания лампы 10 происходит колебательный процесс в контуре, образованном дросселем 2 и линией 4, в ходе которого энергия передается из дросселя 2 в линию 4. Напряжение Uзар на линии 4 меняется по закону:
где 
C емкость формирующей линии 4;
R1 суммарное омическое сопротивление дросселя 2, источника 1, диодов 3 и 6.If we neglect the value of R, we can assume that the current in the inductor increases according to a linear law:
The lamp 10 remains open until the end of the pulse at its control input, i.e., until t 1 , after which it is locked. At this moment, the current in the inductor is:
Energy is stored in the inductor 2, therefore, after the lamp 10 is locked, an oscillatory process occurs in the circuit formed by the inductor 2 and line 4, during which the energy is transferred from the inductor 2 to line 4. The voltage U charge on line 4 changes according to the law:
Where
C capacity of the forming line 4;
R 1 the total ohmic resistance of the inductor 2, source 1, diodes 3 and 6.
В предложении малости величины выражение 4 принимает более простой вид:
Колебательный процесс, описываемый выражением (5), прекращается в тот момент, когда ток в цепи достигает нулевого значения и запирается диод 3. В этот момент энергия в дросселе равна нулю. Вся энергия, запасенная в нем на первом этапе процесса, передана в линию (за исключением потерянной в омических сопротивлениях).In a sentence of small magnitude, expression 4 takes on a simpler form:
The oscillatory process described by expression (5) stops at the moment when the current in the circuit reaches zero and the diode 3 is turned off. At this moment, the energy in the inductor is zero. All the energy stored in it at the first stage of the process is transferred to the line (with the exception of that lost in ohmic resistances).
Напряжение Uзар.макс. заряда линии 4 равно (в предложении малости омических потерь):
Следовательно, величина напряжения, до которого заряжается линия 4, может быть задана значительно выше напряжения источника Е путем выбора нужных значений величин элементов схемы и прямо зависит от величины t, т.е. продолжительности открытого состояния лампы 10 и может регулироваться изменением длительности импульса, отпирающего лампу 10.Voltage U max. the charge of line 4 is equal (in the proposal of a small ohmic loss):
Therefore, the voltage to which line 4 is charged can be set much higher than the voltage of the source E by selecting the desired values of the values of the circuit elements and directly depends on the value of t, i.e. the duration of the open state of the lamp 10 and can be adjusted by changing the duration of the pulse unlocking the lamp 10.
Следует отметить, что момент отпирания лампы 10 может совпадать с окончанием выходного импульса модулятора или опережать его, но не более чем на величину длительности импульса генератора 11, отпирающего лампу 10. It should be noted that the moment of unlocking the lamp 10 may coincide with the end of the output pulse of the modulator or be ahead of it, but not more than by the duration of the pulse of the generator 11, unlocking the lamp 10.
В первом случае улучшаются условия деионизации тиратрона 5 после прохождения через него импульса тока, т.к. в течение всей длительности импульса генератора 11 прямое напряжение на аноде тиратрона минимально и равно падению напряжения на открытой лампе 10. In the first case, the deionization conditions of the thyratron 5 are improved after the current pulse passes through it, because during the entire duration of the pulse of the generator 11, the forward voltage at the thyratron anode is minimal and equal to the voltage drop across the open lamp 10.
Опережение открывания лампы 10 может применяться в том случае, когда необходимо зарядить линию 4 за минимальное время, т.е. при высокой частоте повторения импульсов. The opening delay of the lamp 10 can be used in the case when it is necessary to charge the line 4 for the minimum time, i.e. at a high pulse repetition rate.
Изобретение позволяет получить следующий технический результат:
напряжение заряда формирующей линии может быть значительно выше удвоенного напряжения источника питания. Практически нет ограничений величины отношения напряжения заряда к напряжению источника питания;
напряжение заряда линии, а, следовательно, и выходное напряжение модулятора легко регулируются в широких пределах изменением длительности импульса генератора управляющих импульсов, регулировка безинерционна, вплоть до изменения амплитуды от импульса к импульсу.The invention allows to obtain the following technical result:
the charge voltage of the forming line can be significantly higher than twice the voltage of the power source. There are practically no restrictions on the ratio of the charge voltage to the voltage of the power source;
the charge voltage of the line, and, consequently, the output voltage of the modulator, is easily adjustable over a wide range by changing the pulse width of the generator of control pulses, the adjustment is inertialess, up to a change in amplitude from pulse to pulse.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5054815 RU2069451C1 (en) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | High-power pulse modulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5054815 RU2069451C1 (en) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | High-power pulse modulator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2069451C1 true RU2069451C1 (en) | 1996-11-20 |
Family
ID=21609619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5054815 RU2069451C1 (en) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | High-power pulse modulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2069451C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2622862C2 (en) * | 2014-12-30 | 2017-06-20 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Всероссийский научно-исследовательский институт радиоаппаратуры" (АО "ВНИИРА") | Pulse modulator |
-
1992
- 1992-07-15 RU SU5054815 patent/RU2069451C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Детали и элементы радиолокационных станций. / Пер. с англ. под ред. Брейтбарта А.Я. - М.: Сов. радио, 1952, т. 1, с. 475, рис. Б-1. 2. Истомин Б.С. и др. Тиратронно-тиристорный модулятор. - Журнал "Электронная техника", сер. 4 "Электровакуумные и газоразрядные приборы", 1975, вып. 6, с. 127 - 129. 3. Справочник по радиолокации. / Пер. с англ. под ред. Трофимова К.Н. - М.: Советское радио, 1979, т. 3, глава 1, рис. 39. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2622862C2 (en) * | 2014-12-30 | 2017-06-20 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Всероссийский научно-исследовательский институт радиоаппаратуры" (АО "ВНИИРА") | Pulse modulator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0927506B1 (en) | Lighting system comprising a dielectric barrier discharge lamp and a circuit for generating voltage pulse sequences | |
| DE2838435C2 (en) | ||
| DE830522C (en) | Circuit for generating a high-frequency power pulse triggered by a control pulse | |
| RU2069451C1 (en) | High-power pulse modulator | |
| US6359420B1 (en) | Circuit for coupling energy to a pulse forming network or capacitor | |
| US20050128656A1 (en) | Semiconductor switch pulse discharge module | |
| US5969439A (en) | Pulse generator apparatus for RF pulse generation in tuned loads including series regulation and capacitor clamping method therefor | |
| EP0637133B1 (en) | Apparatus and method for generating repetitive pulses | |
| Harchandani et al. | Pulse forming network for Marx generator with boosting operation | |
| RU2034398C1 (en) | Pulse modulator | |
| CN109194309B (en) | Circuit and method for realizing long pulse modulator | |
| Gippetto et al. | A powerful thyristor modulator with periodically interrupted supply (for microtron): prototype realization | |
| SU1475450A1 (en) | Device for pulsed feeding | |
| SU976434A1 (en) | Electron tube offset voltage stabilized source | |
| US2597980A (en) | Electric circuit comprising electric discharge device | |
| SU945956A1 (en) | Pulse modulator | |
| RU2063103C1 (en) | Generator of high-voltage pulses | |
| SU845273A1 (en) | Pulse shaper | |
| SU1390791A1 (en) | Pulse modulator | |
| SU656210A2 (en) | Pulse shaper | |
| RU2071171C1 (en) | Pulse modulator | |
| RU1785011C (en) | Pulse noise simulating device | |
| SU790185A1 (en) | Pulse shaper | |
| SU767960A1 (en) | Linear pulse modulator | |
| SU750704A1 (en) | Transformer-less elevated voltage pulse shaper |