Генератор импульсов переменной амплитуды
VARIABLE AMPLITUDE PULSE GENERATOR

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в электротехнических и электронных устройствах для формирования импульсов напряжения, может применяться в измерительной технике для наладки различных цифровых устройств, а также для контроля и управления технологическим и другим оборудованием.
Так, известен генератор импульсов, содержащий подсоединенную к положительной шине питания цепь из соединенных последовательно управляющего ключа, переменного резистора, катушки индуктивности и диода, параллельно катушке индуктивности и переменному резистору подсоединен конденсатор, первый вывод геркона соединен с общим выводом переменного резистора, управляющего ключа и конденсатора, при этом, для стабилизации опорного напряжения, выделяющегося на нагрузке во время регулировки частоты выходных импульсов, введен второй переменный резистор, включенный между катодом диода и вторым выводом геркона, подсоединенным к клемме для подключения нагрузки, при этом подвижные контакты переменных резисторов механически объединены (патент на изобретение RU №2014729 от 17.12.1990).
Недостатками данного генератора импульсов являются зависимость частоты от сопротивления нагрузки и при уменьшении сопротивления в резонансном контуре опорное напряжение на нагрузке увеличивается, при этом амплитуда импульсов значительно искажается, что ограничивает применение генератора в некоторых электронных импульсных устройствах, а, в связи с этим, невозможно получить с применением заявляемого генератора импульсов напряжения импульсы с заданными параметрами в широком диапазоне стабильной амплитуды - от нуля до максимума амплитуды питающего напряжения - и заданной длительности.
Известен также генератор импульсов, содержащий подсоединенную к положительной шине питания цепь из соединенных последовательно управляющего ключа, резистора, обмотки электромагнитного реле и конденсатора, к общему выводу обмотки электромагнитного реле и конденсатора подключен анод диода, один вывод замыкающего контакта электромагнитного реле, в качестве которого применен геркон, соединен с второй обкладкой конденсатора и общим выводом резистора и управляющего ключа, клеммы для подключения нагрузки подключены к отрицательной шине источника питания и второму выводу замыкающего контакта электромагнитного реле, при этом в него дополнительно введен гасящий конденсатор, включенный между катодом диода и вторым выводом замыкающего контакта электромагнитного реле (патент на изобретение RU №2014728 от 29.11.1990).
Недостатком такого устройства является ограниченный диапазон изменения амплитуды импульса напряжения на нагрузке, так как при существенном увеличении емкости балластного конденсатора будет увеличиваться не только амплитуда импульса, но и его длительность, что неприемлемо и не позволяет получить с применением заявляемого генератора импульсов напряжения импульсы с заданными параметрами в широком диапазоне стабильной амплитуды - от нуля до максимума амплитуды питающего напряжения - и заданной длительности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является генератор импульсов переменной амплитуды, содержащий источник переменного напряжения, диод, конденсатор и нагрузочное сопротивление, при этом между последовательно соединенными с источником переменного напряжения диодом и нагрузочным сопротивлением подключен транзистор, выполняющий функцию ключа, а параллельно источнику переменного напряжения и диоду подключены конденсатор и блок управления транзистором, состоящий из компаратора, источника опорного напряжения, триггера и таймера, при этом первый вход компаратора соединен с положительным выводом конденсатора, второй его вход соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход компаратора соединен со входом триггера, выход которого соединен с базой транзистора и таймером, а вход сброса триггера соединен с выходом таймера (патент на изобретение RU 2595614 от 23.07.2015).
Недостатком генератора по указанному изобретению является то, что амплитуда выходных импульсов повторяет огибающую питающего напряжения и не может быть больше его, кроме того, частота формируемых импульсов жестко привязана к частоте питающей сети, что не дает возможности получения импульсов с заданными параметрами в широком диапазоне стабильной амплитуды - от нуля до максимума амплитуды питающего напряжения - и заданной длительности импульса.
Задача, на решение которой направлено указанное изобретение, состоит в возможности получения с применением заявляемого генератора импульсов напряжения с заданными параметрами в широком диапазоне стабильной амплитуды - от нуля до максимума амплитуды питающего напряжения - и заданной длительности импульса.
Задача решается таким образом, что генератор импульсов переменной амплитуды содержит последовательно соединенные источник переменного напряжения и диод и параллельно им подключенный конденсатор, напряжение с которого поступает на преобразователь постоянного напряжения, отличающийся тем, что к выходу преобразователя постоянного напряжения подключен дополнительный накопительный конденсатор, который является питающим для цепи транзисторного ключа с нагрузочным резистором, при этом для стабилизации амплитуды выходного импульса напряжения на нагрузочном резисторе введена обратная связь с накопительного конденсатора на блок управления преобразователя постоянного напряжения.
Введение в устройство генератора преобразователя постоянного напряжения (ППН) позволяет получать на входе ключа генератора повышенное постоянное напряжение (по сравнению с питающей сетью).
Введение обратной связи с выхода генератора на блок управления ключом ППН позволит стабилизировать амплитуду импульсов.
Указанная совокупность признаков может решить поставленную изобретением задачу.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема заявляемого генератора импульсов переменной амплитуды с ППН.
На фиг. 2 приведены временные диаграммы генератора импульсов переменной амплитуды с ППН.
В соответствии с фиг. 1 генератор импульсов переменной амплитуды содержит последовательно соединенные источник питания переменного напряжения (1), диод (2) и параллельно им подключенный конденсатор (3), блок ППН (4), содержащий дроссели (5) и (12), коммутирующий транзистор (6), источник управляющего напряжения (7), разделительные конденсаторы (8) и (10), трансформатор (9) с первичной и вторичной обмотками (9/1) и (9/2), диод (11), а также накопительный конденсатор (13), транзисторный ключ (14) с источником его управления (15), нагрузочный резистор (16) и датчик напряжения (17).
Устройство работает следующим образом: переменное напряжение источника питания (1) через диод (2) поступает на конденсатор (3) и одновременно заряжает конденсатор (8) до заданного амплитудного значения через дроссель (5) и обмотку трансформатора (9/1). При отпирания транзистора (6) импульсом от импульсного источника напряжения (7) через транзистор протекают токи от конденсатора (3) через дроссель (5) и конденсатора (8) через обмотку трансформатора (9/1). Так как дроссели (5) и (12) представляют собой двухобмоточную конструкцию на одном сердечнике, то напряжения на каждой обмотке равны. Разделительные конденсаторы (8) и (10) соединены с соответствующими обмотками трансформатора - (9/1) и (9/2). Эти цепи гальванически разделяют входную и выходную части ППН - (4).
Напряжение на конденсаторе (13) определяется соотношением числа витков на обмотках трансформатора (9) и шириной импульса управления транзистора (6). Таким образом осуществляется накопление напряжения на этом конденсаторе. Подключение накопительного конденсатора (13) к выходной цепи ППН в качестве нагрузки позволяет получить большее напряжение на конденсаторе (13) по сравнению с резисторной нагрузкой ППН. Для стабилизации напряжения на конденсаторе (13) к нему подключен датчик напряжения (17), который дает корректирующий сигнал на источник управляющего напряжения (7) транзистора (6). В этом случае при повышении напряжения на конденсаторе (13) уменьшается ширина импульса тока, заряжающего этот конденсатор.
Частота выходных импульсов определяется частотой следования импульсов от источника управляющего сигнала (15) и не зависит от периода сетевого напряжения. Точность поддержания напряжения на накопительном конденсаторе (13) зависит от частоты коммутации транзистора (6).
Временные диаграммы, приведенные на фиг. 2, поясняют формирование выходного импульса генератора. На его входе напряжение питающей сети равно 40 В, а импульсы на его выходе имеют амплитуду 320 В.
Таким образом, предлагаемый генератор импульсов переменной амплитуды позволяет получать импульсы напряжения с заданными параметрами в широком диапазоне по амплитуде (от нуля до максимума амплитуды питающего напряжения) и заданной длительности импульса. К преимуществам данного устройства также относятся простота его реализации и высокая надежность при эксплуатации, так как параметры ключевого транзистора можно выбирать с большим запасом.