DE2044077B2 - Getriggerter Impulsgenerator - Google Patents

Description

Die Frfindung bezieht sich auf einen getriggertcn Impulsgenerator der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen Art.

Impulsgeneratoren dieser Art dienen zur Erzeugung cncrgicrcicher kurzer Impulse in -lurch die SynchronisicrimDiilse bestimmten Zcitabständcn. Fin hauptsachliches 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 duich die Synchronisierimpulse vorgeschriebenen Takt geladen

ίο 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 ?iner Ladediode angeschlossen ist Die Lade-Selbstin-

Ii duktivität 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

>n 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 ein Thyratron, an dessen Steuerelektrode die

2i Synchronisierimpulse angelegt werden.

Bei einem aus der US-PS 33 63 184 bekannten Impulsgenerator der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art dient die zweite Transformalorwicklung in Verbindung mit der Ausblendschaltung dem

Mi Zweck, die Ladespannung der Impulsformerschaltung mit möglichst gsringen Energieverlusten auf einem vorbestimmten Wert zu halten. Zu diesem Zweck verbindet die Ausblendschaltung die zweite Transformatorwicklung mit der die hohe Gleichspannung

r. liefernden Gleichspannungsquelle, an die auch die Impulsformerschaltung über die erste Transformatorwicklung angeschlossen ist. Das Öffnen der Ausblendschaltung erfolgt durch das A^sjrangssignul eines Spannungskomparators. der die Ladespannung der

-in Impulsformerschaltung mit einer Bezugsspannung vergleicht, so daß die Abblendschaltung geöffnet wird, wenn die Ladcspannung der Impulsformcrschaltung einen vorbcstimmlen Wert erreicht hat, wodurch die weitere Aufladung gesperrt wird. Die zweite Transfor-

n malorwicklung ist über die Abblendschaltung derart mit der Gleichspannungsqucllc verbunden, daß die in der Lade-Sclbstinduktivitäl gespeicherte Energie beim Öffnen der Abblendschaltung in die Gleichspannungsqucllc zurückgespeist wird.

"■ο Dieser bekannte Impulsgenerator ermöglicht zwar eine nahezu verlustlose Einstellung oder Regelung der Ladcspannung durch entsprechende Bemessung der Bezugsspannung; er erfordert aber eine im Ladekreis liegende Gleichspannungsqucllc die so dimensioniert

v> ist, daß sie die größte vorkommende Ladcspannung liefern kann, die dann aber nur in seltenen Fällen ausgenutzt wird, weil der Ladevorgang meistens vor Erreichen der größtmöglichen Ladespannung abgebrochen wird.

w> In der DE-AS 11 IH 2% ist andrerseits ein gclriggertcr Impulsgenerator beschrieben, bei welchem im Ausgangskreis die eine Wicklung eines Transformators liegt, dessen wirksame Impedanz durch einen elektrischen Entliidtingsywcig steuerbar ist, der an eine zweite

h^r> Wicklung des Transfoimulors angeschlossen ist. Durch geeignete Steuerung des Entladiings/.wcigcs kann dem von der Impulsformersehaluing bei der Entladung abgegebenen Impuls eine gewünschte Form gegeben

werden. Diese Anordnung bat 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 Impulsgenerator, 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 sägezahnförrrügen 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 Niederspannungsquelle 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 Niederspannungsquellc 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 isi. Gewöhnlich wird aber eine hohe Lades/>unnung 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 Impulsformcrschaliung geschaltet is!. In diesem Fall addict sich die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung zu der Ausgangsspannung des Gleichspannungscrzeugcrs. 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 Gleichspannungserzeugcr nur für die kleinste vorkommende Ladespannung ausgelegt zu sein, und seine Ausgangsspannting wird zur Erzeugung der Ladespannung stets voll ausgenutzt. Ferner wird in allen Fällen die von der Nicdcrspannting.sqtielle in Form des Sägezahnstroms gelieferte Energie vollständig in Form der zusätzlichen Ladespannung auf die fmpuisiormcrschaltung übertragen, so daß keine Maßnahmen zur Rncrgicrückgewinnung erforderlich sind.

[Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung bcispiclshalber beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig.1 ein Ubcrsiehlsschcma eines bekannten Impulsgenerator,

Pig. 2 das Prinzinschema des crfindiingsgemäöen Impulsgenerator.

Fig. 3 Diagramme der Spannungen und der Strömtals Funktion der Zeit /um besseren Verständnis der

Wirkungsweise der Anordnung von F i g, 2.

Figr4 das ÜbersichTsscbenia einer Anordnung, bei welcher der Impulsgenerator von F i g. 2 einen veränderlichen Teilwert für die Höhe der Ladespannung liefert und

Fig,5 ein Überstchtsschema einer Anordnung, bei welcher der Impulsgenerator von Fig.2 zur Stabilisie- -TJng der Ladespannung dient.
Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung enthält eine

to 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

π 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

μ Aufladung erfolgt von einer Spannuvtgsquelle 2, die eine hohe Gleichspannung des Wertes E» liefert. Eine getriggerte Entladeanordnung 3 kann je nach den Gegebenheiten durch Thyristoren oder durch Thyratrons gebildet sein, die mit einer Klemme 31 versehen

J". sind, denen die Synchronisierimpulse von einem 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 lOps bei einer

in 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.

i> die beispielsweise das Sendemagnetron eines Radargeräts sein kann.

Wenn die Synchronisierimpulse in den Zeitpunkten ft, Ii usw. erzeugt werden, die beispielsweise jeweils im Abstand einer Millisekunde voneinander Hegen, soll der

in Zeitpunkt ft betrachtet werden, in welchem die Impulsformerschaltung gerade entladen ist.

Die Spannung E₀ liegt dann über die Verdoppler-Sclbstindiiktivität 21 mit dem Wert L und die Ladediode 20 an dem Kondensator mit der Kapazität Can, der die

•Γι Impulsformerschaltung äquivalent ist. Der Ladestrom i (i)und die Ladespannung e (ι)sind als Funktion der Zeit durch die folgenden Gleichungen gegeben:

^L
c

sin

L
C

Infolge des Vorhandenseins der Ladediode gelten die Gleichungen nur irr:

0 < / < 7 ILC mit .7 \l.C < I₂ I₁

Am F.ndc der Aufladung ist die Iwpulsformerschaltung auf die Spannung 2ΛΌ aufgeladen und durch die Ladediodc bis zu ler vom Synchronisierimpuls im Zeitpunkt I₂ ausgelösten Entladung abgetrennt.

Der in F i g. 2 dargestellte Impulsgenerator enthält wieder die Ladc-Sclbstinduktivität 21 und die rcchis davon liegenden Bestandteile der Anordnung von

Tig. I. d.h. die Diode 20. die F.ntludcanordnung 3. die lmpiilsformcrschaluing I und den Transformator 41,42: die I.ade-Selbslinduktiviiäi 21 bildet die Sekundärwicklung eines Transformators, dessen Primärwicklung 22 Säge/ahnströme von einer Anordnung empfängt, die eine eine niedrige Gleichspannung des Wertes F. liefernde Stromversorgungssdialtuiig 24 enthält, welche mit der Primärwicklung 22 über eine Ausblendschaltung 23 verbunden ist. die mit einer Stcucrklcnimc 231 versehen ist. Dieser Steuerklemmc werden die .Synchronisierimpulse des Generators 50, beispielsweise die Sendesynchronisierimpulse eines Radargeräts zugeführt. Im Zeitpunkt (ι verbindet die Ausblendschaltung 23 die Spannungsquelle 24 mit den Klemmen der Primärwicklung 22. welche eine Selbstinduktivität L\ hat. Dies geschieht für eine Ausblendzeit T, die vom Aufbau der Ausblendschaltung abhängt, wobei jedoch allgemein gilt:

Niilürlicli gelten diese Ausdrücke als Funktion der Zeit nur für:

T +

< I₁ - I,

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

Daraus ergibt sich in dieser Primärwicklung ein Strom i\ (t). der als Funktion der Zeit linear bis zu einem

Maximalwert/im= _T ansteigt:

'-1

i, (M =

d/ (Fig. 3b)

wobei die Sägezähne des Stroms /, die Dauer 7"haben.

Im Zeitpunkt r,, (wie in den Zeitpunkten r₂₎ usw.). d. h. am Ende der Zeit T, unterbricht die Ausblendschaltung den Stromkreis /Ί. Bis zu diesem Augenblick fließt kein Strom in der Sekundärwicklung.

Durch die im Transformatorkreis gespeicherte elektromagnetische Energie werden aber eine Spannung ej ftjund ein Strom h(0= f(0\n der Sekundärwicklung 21 induziert. Wenn mit η das Übersetzungsverhältnis bezeichnet wird:

wobei L\ die Selbstinduktivität der Primärwicklung ist. gelten für die Spannung oft) und für den Strom h die folgenden Gleichungen (wobei i_u als Zeitursprung gewählt ist):

sin

==r

(F i g. 3c)

hiß) = — cos-i—(Fig. 3d)
π \LC

mit den Maximalwerten:

hm I L η ET

^elm = —Τ

0 <

Ί.Γ

Infolge des Vorhandenseins der Diode 20 und der gesperrten Entladeanordnung 3 (im vorliegenden Fall ein Thyristor) wird die Inipulsformcranordnung 1 auf eine Spannung 2c„, bis zum nächsten Synchronisierimpuls aufgeladen. Fig. 3e zeigt die Spannung c(t)/2 an den Klemmen der Impulsformeranordnung, die somit auf die Spannung 2e_m von tn bis ti, von In bis l\ usw. aufgeladen ist.

Es soll nun beschrieben werden, wie die beschriebene Anordnung als Ladeanordnung verwendet werden kann.

Bei der in F i g. 4 gezeigten Schaltung wird sie in Serie mit einer Quelle 2 einer sehr hohen Gleichspannung als Ladezusatzeinrichtung verwendet.

In dieser Figur sind mit E₀ die Spannung der Quelle 2 und mit Io der von dieser Quelle verursachte Ladestrom bezeichnet.

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

Außerdem ist explizit eine monostabile Kippschaltung 25 gezeigt, die mit der eigentlichen Abblendschaltung 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 Eich die Spannungen £ö und ei im Verlauf einer Ladeperiode zeitlich addieren und daß die Ladespannung größer als der Wert 2 E_n 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 Ausführungsform 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 R\ und Ri gebildeten Spannungsteilers abgenommen und einer bekannten Speicherabtastschaltung 29 zugeführt, beispielsweise vom Typ »Boxcar«, der in Sarbacher »EncycL Dkrtkmnary 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 Zeitintervaflen tn bis fe, ία bis h usw. von Fi g. 3. Die vollständige Schaltung gehört zum Stand der Technik und ist im einzelnen nicht gezeigt. Diese Abtastschaltung 29 ist mit einer Vergiekhsanordmmg 28 verbunden, die außerdem bei 281 eine Bezngsspannung empfängt.

Die Vergleichsanordnung ist über einen Verstärker 27 mit der Klemme 232 und der monostabilen Kippschaltung 25 verbanden, wodurch die Regelung durch Einwirkung auf die Zeit Twie im Fall von Fi g. 4 erfolgt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Getriggerter Impulsgenerator mit einer kapazitiven Iropulsformersenaltung, die in Reihe mit einer Lade-Selbstjnduktivität in einem Ladestromkreis liegt, einer von Synchronisierinnpulsen 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 derart kürzer als der Zeitabstand zwischen zwei SynchronisierimpulseR 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 Transformalorwicklung (22) verbunden ist daß sie in dieser während de Öffnungszeit der Ausblendschaltung (23) einen sägezahnförmig ansteigenden Strom erzeugt

2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die erste . ransfonnatorwicklung (21) in Reihe zwischen einen Erzeuger (2) einer sehr hohen Gleichspannung und die Impulsformcrschaltungiljg^schaltet ist.

3. Impulsgenerator nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Ausblendschaltung (23) eine von den Synchronisierimpulsen gesteue te monostabile Kippschaltung (2S) rr.it einstellbarer Haitezett und einen von der monostabilen Kippschaltung gesteuerten Schalter (36) enthält.

4. Impulsgenerator nach einem der Ansprüche I bis 3, gekennzeichnet durch eine Ladespannungsrcgelanordnung mit einer Spannungsvergleichsschaltung (28), welche die Ladcspannung der Impulsformerschaltung (I) 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 Vergleichsergcbnis.

5. Impulsgenerator nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Ladcspannungsrcgclanordnung Einrichtungen (Ri, Ri, 29) zur Abnahme und Abtastung eines Bruchteils der Ladcspannung enthält