DE2044077C3

DE2044077C3 - Getriggerter Impulsgenerator

Info

Publication number: DE2044077C3
Application number: DE2044077A
Authority: DE
Inventors: Gabriel Longjumeau Plond
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1969-09-09
Filing date: 1970-09-05
Publication date: 1981-05-07
Also published as: GB1289566A; US3621274A; FR2058467A5; DE2044077A1; DE2044077B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen getriggerten Impulsgenerator der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Impulsgeneratoren dieser Art dienen zur Erzeugung energiereicher kurzer Impulse in durch die SynchronisierimDulse bestimmten Zeitabständen. Ein hauptsächliches Anwendungsgebiet ist die Erzeugung von Sendeimpulsen, beispielsweise bei Radargeräten. Die an den Ausgangskreis angeschlossene Lastimpedanz ist dann beispielsweise ein Magnetron. Die Impulsformerschaltung besteht im allgemeinen aus einer künstlichen Verzögerungsleitung mit Längsinduktivitäten und Querkapazitäten, die als Äquivalent einer Kapazität angesehen werden kann, die in dem durch die Synchronisierimpulse vorgeschriebenen Takt geladen

und entladen wird. Üblicherweise erfolgt die Aufladung durch eine Gleichspannungsquelle, die eine sehr hohe Gleichspannung liefert und an die die Impulsformerschaltung über die Lade-Selbstinduktivität in Reihe mit einer Ladediode angeschlossen ist Die Lade-Selbstinduktivität bildet zusammen mit der Kapazität der Impulsformerschaltung einen Schwingkreis, der bewirkt, daß die Kapazität nach jeder Entladung auf eine Spannung aufgeladen wird, die größer als die von der Gleichspannungsquelle gelieferte Gleichspannung ist Die Ladediode trennt die Impulsformeranordnung nach dem Ladevorgang ab und hält die Ladespannung bis zur nächsten Entladung auf ihrem Höchstwert. Die Entladeanordnung enthält üblicherweise einen Thyristor oder eis Thyratron, an dessen Steuerelektrode die Synchronisierimpulse angelegt werden.

Bei einem aus der US-PS 33 63 184 bekannten Impulsgenerator der im Oberbegriff de« Anspruchs 1 angegebenen Art dient die zweite Transformatorwicklung in Verbindung mit der Ausblendschaltung dem Zwecic, die Ladespannung der Impulsformerschaltung mit möglichst geringen Energieverlusten auf einem vorbestimmten Wert zu halten. Zu diesem Zweck verbindet die Ausblendschaltung die zweite Transformatorwicklung mit der die hohe Gleichspannung liefernden Gleichspannungsquelle, an die auch die Impulsformerschaltung über die erste Transformatorwicklung angeschlossen ist. Das Öffnen der Ausblendschaltung erfolgt durch das Ausgangssignal eines Spannungskomparators, der die Ladespannung der Impulsformerschaltung mit einer Bezugsspannung vergleicht, so daß die Ausblendschaltung geöffnet wird, wenn die Ladespannung der Impulsformerschaltung einen vorbestimmten Wert erreicht hat, wodurch die weitere Aufladung gesperrt wird. Die zweite Transformatorwicklung ist über die Ausblendschaltung derart mit der Gleichspannungsquelle verbunden, daß die in der Lade-Selbstinduktivität gespeicherte Energie beim Öffnen der Ausblendschaltung in die Gleichspannungsquelle zurückgespeist wird.

M Dieser bekannte Impulsgenerator ermöglicht zwar eine nahezu verlustlose Einstellung oder Regelung der Ladespannung durch entsprechende Bemessung der Bezugsspannung; er erfordert aber eine im Ladekreis liegende Gleichspannungsquelle, die so dimensioniert ist, daß sie die größte vorkommende Ladespannung liefern kann, die dann aber nur in seltenen Fällen ausgenutzt wird, weil der Ladevorgang meistens vor Erreichen der größtmöglichen Ladespannung abgebrochen wird.

In der DE-AS 11 18 256 ist andrerseits ein getriggerter Impulsgenerator beschrieben, bei welchem im Ausgangskreis die eine Wicklung eines Transformators liegt, dessen wirksame Impedanz durch einen elektrischen Entladungszweig steuerbar ist, der an eine zweite Wicklung des Transformators angeschlossen ist. Durch geeignete Steuerung des Entladungszweiges kann dem von der Impulsformerschaltung bei der Entladung abgegebenen Impuls eine gewünschte Form gegeben

werden. Diese Anordnung hat dagegen keinen Einfluß auf die Aufladung der Impulsformerschaltung, und sie ermöglicht insbesondere keine Einstellung oder Regelung der Ladespannung.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines getriggerten Impulsgenerators, bei welchem eine praktisch verlustfreie Einstellung oder Regelung der Ladespannung mit geringem Aufwand für die Gleichspannungserzeugung möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem Impulsgenerator nach der Erfindung wird durch den sägezahnförmigen Strom im Transformator Energie gespeichert, durch die nach der Unterbrechung des Stroms in dem sich anschließenden Zeitintervall vor dem nächsten Synchronisierimpuls im Ladekreis eine Spannung induziert wird, die sich zu der normalerweise im Ladekreis vorhandenen Ladespannung addiert. Die Energie für die Erzeugung der zusätzlichen Spannung wird ausschließlich von der Niedersp;.nnungsquelle geliefert, und die Größe der zusätzlichen Spannung hängt von der Dauer des sägezahnförmig ansteigenden Stroms ab. Durch Änderung dieser Dauer, also der Öffnungszeit der Ausblendschaltung, kann somit die Ladespannung der Impulsformeranordnung beeinflußt werden. Die Zeitsteuerung kann sehr leicht mit einfachen und billigen Mitteln durchgeführt werden, beispielsweise durch Steuerung der Haltezeit einer monostabilen Kippschaltung.

Wenn die gewünschte Ladespannung verhältnismäßig gering ist, kann sie allein durch den von der Niederspannungsquelle gelieferten Sägezahnstrom über den Transformator erzeugt werden; in diesem Fall geht der Änderungsbereich der Ladespannung praktisch von Null bis zu einem Höchstwert. Die Schaltung ist in diesem Fall besonders einfach, weil im Ladekreis keine Anordnung zur Erzeugung einer hohen Gleichspannung erforderlich ist. Gewöhnlich wird aber eine hohe Ladespannung gefordert, während der Änderungsbereich verhältnismäßig klein sein kann. In diesem Fall besteht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darin, daß die erste Transformatorwicklung in Reihe zwischen einen Erzeuger einer sehr hohen Gleichspannung und die Impulsformerschaltung geschaltet ist In diesem Fall addiert sich die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung zu der Ausgangsspannung des Gleichspannungserzeugers, und der Änderungsbereich addiert sich zu dieser Ausgangsspannung. Es ist auf diese Weise möglich, mit geringem Aufwand einen Änderungsbereich von etwa zwanzig Prozent bei einer hohen Gleichspannung zu erzielen. Dabei braucht der Gleichspannungserzeuger nur für die kleinste vorkommende Ladespannung ausgelegt zu sein, und seine Ausgangsspannung wird zur Erzeugung der Ladespannung stets voll ausgenutzt. Ferner wird in allen Fällen die von der Niederspannungsquelle in Form des Sägezahnstroms gelieferte Energie vollständig in Form der zusätzlichen Ladespannung auf die Impulsformerschaltung übertragen, so daß keine Maßnahmen zur Energierückgewinnung erforderlich sind.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber beschriebe", in der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Übersichtsschema eines bekannten Impulsgenerators,

F i g. 2 das Prinzipschema des erfindungsgemäßen Impulsgenerators,

Fig. 3 Diagramme der Spannungen und der Ströme als Funktion der Zeit zurr, besseren Verständnis der Wirkungsweise der Anordnung von F i g. 2,

Fig.4 das ÜbersichtEschema einer Anordnung, bei welcher der Impulsgenerator von F i g. 2 einen veränderlichen Teilwert für die Höhe der Ladespannung liefert und

Fig.5 ein Übersichtsschema einer Anordnung, bei welcher der Impulsgenerator vor. Fig.2 zur Stabilisierung der Ladespannung dient.
Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung enthält eine

ίο Impulsformerschaltung 1. Im allgemeinen besteht diese Schaltung aus einer künstlichen Verzögerungsleitung, die durch Längsinduktivitäten und Querkondensatoren gebildet ist. Für die nachstehende Beschreibung wird angenommen, daß sie insgesamt hinsichtlich des Ladevorgangs einem Kondensator mit der Kapazität C äquivalent ist Die Impulsformerschaltung wird mit Hilfe eines Ladekreises aufgeladen, der in Serie eine Selbstinduktivität 21 des Wertes L zur Verdoppelung der Ladespannung und eine Ladediode 20 enthält Die Aufladung erfolgt von einer Spannungsquelle 2, die eine hohe Gleichspannung des Wertes Eo liefert. Eine getriggerte Entladeanordnung 3 kann je nach den Gegebenheiten durch Thyristoren oder durch Thyratrons gebildet sein, die mit einer Klemme 31 versehen sind, denen die Synchronisierimpulse von einen ■ Generator 50 zugeführt werden. Diese Entladeanordnung 3 ist parallel zu der Impulsformerschaltung 1 geschaltet. Die Entladung erfolgt sehr viel schneller als die Aufladung, beispielsweise in 0,1 bis 10 μβ bei einer Ladung, die beispielsweise einen Bruchteil einer Millisekunde dauern kann. Die Entladung erfolgt über die Primärwicklung 41 eines Verbrauchertransformators, an dessen Sekundärwicklung 42 eine (nicht dargestellte) Verbraucherschaltung angeschlossen ist,

α die beispielsweise das Sendemagnetron eines Radargeräts sein kann.

Wenn die Synchronisierimpulse in den Zeitpunkten ii, (2 usw. erzeugt werden, die beispielsweise jeweils im Abstand einer Millisekunde voneinander liegen, soll der Zeitpunkt fi betrachtet werden, in welchem die Impulsformerschaltung gerade entladen ist.

Die Spannung E₀ liegt dann über die Verdoppler-Selbstinduktivität 21 mit dem Wert L und die Ladediode 20 an dem Kondensator mit der Kapazität Can, der die Impulsformerschaltung äquivalent ist. Der Ladestrom i (t)und die Ladespannung e (t) sind als Funktion der Zeit durch die folgenden Gleichungen gegeben:

/(O = -A- sin —L

VC

e(t)

^{= E}° 0 -

^cos

Infolge des Vorhandenseins der Ladediode gelten die Gleichungen nur für:

bo 0 < t < τι \i~LC mit π I Ze < t₂ - J₁

Am Ende der Aufladung ist die Impulsformerschaltung auf die Spannung 2£b aufgeladen und durch die Ladediode bis zu der vom Synchronisierimpuls im b3 Zei'punkt r₂ ausgelösten Entladung abgetrennt.

Der in F i g. 2 dargestellte Impulsgenerator enthält wieder die Lade-Selbstinduktivität 21 und die rechts davon liegenden Bestandteile der Anordnung von

Fig. 1, d.h. die Diode 20, die Entladeanordnung 3, die Impulsformerschaltung 1 und den Transformator 41,42; die Lade-Selbstinduktivität 21 bildet die Sekundärwicklung eines Transformators, dessen Primärwicklung 22 Sägezahnströme von einer Anordnung empfängt, die eine eine niedrige Gleichspannung des Wertes E liefernde Strorn ersorgungsschaltung 24 enthält, welche mit der Primärwicklung 22 über eine Ausblendschaltung 23 verbunden ist, die mit einer Steuerklemme 231 versehen ist. Dieser Steuerklemme werden die Synchronisierimpulse des Generators 50, beispielsweise die Sendesynchronisierimpulse eines Radargeräts zugeführt. Im Zeitpunkt fi verbindet die Ausblendschaltung 23 die Spannungsquelle 24 mit den Klemmen der Primärwicklung 22, weiche eine Selbstinduktivität L, hat. Dies geschieht für eine Ausblendzeit T, die vom Aufbau der Ausblendschaltung abhängt, wobei jedoch allgemein gilt:

^T +

|LC

< h - h

Die Spannung E ist daher an die Klemmen der Primärwicklung 22 für eine Dauer T angelegt, so daß sich das Diagramm e\ (t)von F i g. 3a ergibt.

Daraus ergibt sich in dieser Primärwicklung ein Strom λ (t), der als Funktion der Zeit linear bis zu einem

Maximalwert i\„

ET

ansteigt:

_ C^βι W
~J TT

df (Fig. 3b)

wobei die Sägezähne des Stroms /₍die Dauer Fhaben.

Im Zeitpunkt in (wie in den Zeitpunkten r₂i usw.), d. h. am Ende der Zeit T, unterbricht die Ausblendschaltung den Stromkreis i_t. Bis zu diesem Augenblick fließt kein Strom in der Sekundärwicklung.

Durch die im Transformatorkreis gespeicherte elektromagnetische Energie werden aber eine Spannung C₂ (t)ur.d ein Strom h(t)= f(t)in der Sekundärwicklung 21 induziert. Wenn mit π das Übersetzungsverhältnis bezeichnet wird:

wobei L\ die Selbstinduktivität der Primärwicklung ist, gelten für die Spannung C₂(I) und für den Strom i₂ die folgenden Gleichungen (wobei in als Zeitursprung gewählt ist):

e₂(t) =

η ET

sin

(Fig. 3c)

= -!^ cos^Lr (Fig. 3d)

mit den Maximalwerten:

η ET

Natürlich gelten diese Ausdrücke als Funktion der Zeit nur für:

0 <

\LC ~ 2

hm =

Infolge des Vorhandenseins der Diode 20 und der gesperrten Entladeanordnung 3 (im vorliegenden Fall ein Thyristor) wird die Impulsformeranordnung 1 auf eine Spannung 2e_m bis zum nächsten Synchronisierim-

in puls aufgeladen. Fig. 3e zeigt die Spannung e(t)/2 an den Klemmen der Impulsformeranordnung, die somit auf die Spannung 2e_m von t\₂ bis h, von tn bis h usw.

aufgeladen ist.

Es soll nun beschrieben werden, wie die beschriebene

is Anordnung als Ladeanordnung verwendet werden kann.

Bei der in F i g. 4 gezeigten Schaltung wird sie in Serie mit einer Quelle 1 einer sehr hohen Gleichspannung als Ladezusatzeinrichtung verwendet.

In dieser Figur sind mit Eo die Spannung der Quelle 2 und mit /o der von dieser Quelle verursachte Ladestrom bezeichnet.

Ferner sind wieder die Schaltungsbestandteile 20, 21, 1,3,31,41 und 42 dargestellt.

Außerdem ist explizit eine monostabile Kippschaltung 25 gezeigt, die mit der eigentlichen Ausblendschaltung 36 verbunden ist, und diese steuert.

Diese monostabile Kippschaltung 25 wird ihrerseits bei 231 von den Synchronisierimpulsen ausgelöst; ihre Kippzeit T wird durch das Element 26 gesteuert, beispielsweise eine Gleichstromquelle mit gesteuerter Amplitude. Das Element 26 verursacht somit die Wobbelung der Schwingungsfrequenz des Magnetrons durch Einwirkung auf dessen Speisespannung. Man erzielt somit eine geringfügige Wobbelung der Schwingungsfrequenz des Magnetrons von einem Impuls zum nächsten.

Die Strom- und Spannungsgleichungen werden für diesen Fall nicht beschrieben, doch ist es offensichtlich, daß sich die Spannungen Eo und e2 im Verlauf einer Ladeperiode zeitlich addieren und daß die Ladespannung größer als der Wert 2 Eo ist, den man beim Fehlen der beschriebenen Anordnung erzielen würde. Eine Zusatzladung, beispielsweise in der Größenordnung von 20% der Leistung, ist somit erzielbar.

Eine abgeänderte Ausfuhrungsform ist in Fig.5 gezeigt Hier ist die beschriebene Anordnung für die Regelung der Ladespannung ausgebildet
Bei der in dieser Figur gezeigten Anordnung wird ein Bruchteil der Ladespannung mit Hilfe des von den Widerständen /?i und R2 gebildeten Spannungsteilers abgenommen und einer bekannten Speicherabtastschaltung 29 zugeführt, beispielsweise vom Typ »Boxcar«, der in Sarbacher »EncycL Dictionnary Electronics and Nuclear Engineering,« Pitner Ed. 1959, Seiten 189 bis 190 beschrieben ist

Diese Abtastschaltung ermöglicht den Vergleich der zu regelnden Spannung mit der Bezugsspannung in den Zeitintervallen tn bis t₂, tn bis t$ usw. von F i g. 3. Die vollständige Schaltung gehört zum Stand der Technik und ist im einzelnen nicht gezeigt Diese Abtastschaltung 29 ist mit einer Vergleichsanordnung 28 verbunden, die außerdem bei 28t eine Bezugsspannung empfängt
Die Vergleichsanordnung ist über einen Verstärker 27 mit der Klemme 232 und der monostabilen Kippschaltung 25 verbunden, wodurch die Regelung durch Einwirkung auf die Zeit Twie im FaD von F i g. 4 erfolgt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Getriggerter Impulsgenerator mit einer kapazitiven Impulsformerschaltung, die in Reihe mit einer Lade-Selbstinduktivität in einem Ladestromkreis liegt, einer von Synchronisierimpulsen gesteuerten Entladeanordnung für die Impulsformerschaltung und mit einem Ausgangskreis für die Entnahme der bei der Entladung der Impulsformerschaltung erzeugten Impulse, wobei die Lade-Selbstinduktivität durch die erste Wicklung eines Transformators gebildet ist, dessen zweite Wicklung über eine Ausblendeschaltung an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblendschaltung (23) durch jeden der die Entladeanordnung (3) steuernden Synchronisierimpuls für eine vorbestimmte Zeitdauer (T) geöffnet wird, die üerart kürzer als der Zeitabstand zwischen zwei Synchronisierimpulsen ist, daß der Zeitabstand zwischen dem Ende der Öffnungszeit (T) und dem nächsten Synchronisierimpuls größer als ein Viertel der durch die Induktivität (L) der Lade-Selbstinduktivität (21) und der Kapazität (C) der Impulsformerschaltung (1) bestimmten Schwingungsperiode ist, und daß die Gleichspannungsquelle (24) eine Niederspannungsquelle ist, die über die Ausblendeschaltung (23) derart mit der zweiten Transformatorwicklung (22) verbunden ist, daß sie in dieser während der Öffnungszeit der Ausblendschaltung (23) einen sägezahnförmig ansteigenden Strom erzeugt.

2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Transformatorwicklung (21) in Reihe zwischen einen Erzeuger (2) einer sehr hohen Gleichspannung und die Impulsformerschaltung (1) geschaltet ist.

3. Impulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblendschaltung (23) eine von den Synchronisierimpulsen gesteuerte monostabile Kippschaltung (25) mit einstellbarer Haltezeit und einen von der monostabilen Kippschaltung gesteuerten Schalter (36) enthält.

4. Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Ladespannungsregelanordnung mit einer Spannungsvergleichsschaltung (28), welche die Ladespannung der Impulsformerschaltung (1) mit einer Bezugsspannung vergleicht, und mit einer vom Ausgangssignal der Spannungsvergleichsschaltung (28) gesteuerten Anordnung (27,25) zur Einstellung der Öffnungszeit (T) der Ausblendschaltung (23) in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis.

5. Impulsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladespannungsregelanordnung Einrichtungen (Ru R2, 29) zur Abnahme und Abtastung eines Bruchteils der Ladespannung enthält.