一种基于阴极正负输出的栅极调制器及其实现方法.pdf

本发明涉及一种基于阴极正负输出的栅极调制器，包括外接同步信号的驱动模块，其输出端与调制电路的输入端相连，修正电源串接于正偏电源和负偏电源之间，修正电源与正偏电源、负偏电源连接处极性相同且三者均向调制电路内的开启开关V1、关断开关V2供电，所述开启开关V1、关断开关V2均为MOS管，调制电路的输出端接负载的控制电极和阴极，所述负载为微波管。本发明还公开了一种基于阴极正负输出的栅极调制器的实现方法。本发明通过调节正偏电源、修正电源输出电压的方法，实现调制器输出脉冲电压从负电压到正电压或从正电压到负电压的连续可调，能应用与多种微波管电源场合，实用性较强。

权利要求书1.  一种基于阴极正负输出的栅极调制器，其特征在于：包括外接同步信号的用于给调制电路的开启开关V1、关断开关V2提供开启脉冲信号、关断脉冲信号的驱动模块，其输出端与调制电路的输入端相连，修正电源串接于正偏电源和负偏电源之间，修正电源与正偏电源、负偏电源连接处极性相同且三者均向调制电路内的开启开关V1、关断开关V2供电，所述开启开关V1、关断开关V2均为MOS管，调制电路的输出端接负载的控制电极和阴极，所述负载为微波管。 2.  根据权利要求1所述的基于阴极正负输出的栅极调制器，其特征在于：所述调制电路由开启开关V1、关断开关V2、钳位管V3、隔离二极管V4、开启开关限流电阻R1、关断开关限流电阻R2、打火限流电阻R3和分压电阻R4组成，开启开关V1的漏极与正偏电源的正极相连，正偏电源的负极与修正电源的负极相连，修正电源的正极与负偏电源的正极相连，开启开关V1的源极依次通过开启开关限流电阻R1、关断开关限流电阻R2接关断开关V2的漏极，关断开关V2的源极分别与分压电阻R4的一端、负偏电源的负极相连，分压电阻R4的另一端分别与开启开关限流电阻R1、关断开关限流电阻R2、打火限流电阻R3的一端和隔离二极管V4的阳极相连，隔离二极管V4的阴极与正偏电源的负极相连，打火限流电阻R3的另一端分别与钳位管V3的一端、负载的控制电极相连，钳位管V3的另一端分别与修正电源的正极、负偏电源的正极、负载的阴极相连。 3.  根据权利要求1所述的基于阴极正负输出的栅极调制器，其特征在于：所述驱动模块的第一输出端与开启开关V1的栅极相连，所述驱动模块的第二输出端与关断开关V2的栅极相连，所述正偏电源、修正电源和负偏电源均采用模块化电源。 4.  根据权利要求2所述的基于阴极正负输出的栅极调制器，其特征在于：所述开启开关限流电阻R1、关断开关限流电阻R2、打火限流电阻R3和分压电阻R4均为无感线绕电阻。 5.  根据权利要求2所述的基于阴极正负输出的栅极调制器，其特征在于：所述的钳位管V3为瞬态抑制TVS管，所述的隔离二极管V4为玻璃钝化快速整流二极管。 6.  一种基于阴极正负输出的栅极调制器的实现方法，该方法包括下列顺序的步骤： （1）调节送入驱动模块的同步信号的工作频率和脉宽宽度，控制调制电路的开启开关V1和关断开关V2交替导通工作，使栅极调制器输出一定幅值的脉冲波形； （2）调节正偏电源、修正电源的输出电压，实现栅极调制器输出脉冲电压从负电压到正电压，或从正电压到负电压的连续可调；同时调节负偏电源的输出电压至微波管电子注截止所需电压，实现不同微波管电子注的截止。

说明书一种基于阴极正负输出的栅极调制器及其实现方法
技术领域
本发明涉及栅极调制器技术领域，尤其是一种基于阴极正负输出的栅极调制器及其实现方法。

背景技术
随着高压脉冲调制技术、电力电子技术和高电压技术的发展，高压栅极脉冲调制器作为基础技术拓宽了雷达领域的应用。调制器的用途非常广泛，最主要的用处在于控制电子注的通断,实现电子管、真空微波管等的开通和关断。现有的栅极调制器由于采用正偏电源和负偏电源为微波管栅极提供调制电压，正偏电源供调制器形成正脉冲，使得微波管产出电子束，其脉冲电压相对于阴极为零到数百伏范围内，其脉冲电流在数十毫安以内；负偏电源使得行波管电子束截止，其输出电压在几百伏到几千伏的范围内，但电流小至可以忽略，但这只能针对所需基于阴极为正脉冲的微波管进行调制，比较单一，实用性较差；而且其内部电路、供电电源等实现方法过于复杂，导致调制器体积较大。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种基于阴极可输出正脉冲或负脉冲、实用性强的基于阴极正负输出的栅极调制器。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于阴极正负输出的栅极调制器，包括外接同步信号的用于给调制电路的开启开关V1、关断开关V2提供开启脉冲信号、关断脉冲信号的驱动模块，其输出端与调制电路的输入端相连，修正电源串接于正偏电源和负偏电源之间，修正电源与正偏电源、负偏电源连接处极性相同且三者均向调制电路内的开启开关V1、关断开关V2供电，所述开启开关V1、关断开关V2均为MOS管，调制电路的输出端接负载的控制电极和阴极，所述负载为微波管。
所述调制电路由开启开关V1、关断开关V2、钳位管V3、隔离二极管V4、开启开关限流电阻R1、关断开关限流电阻R2、打火限流电阻R3和分压电阻R4组成，开启开关V1的漏极与正偏电源的正极相连，正偏电源的负极与修正电源的负极相连，修正电源的正极与负偏电源的正极相连，开启开关V1的源极依次通过开启开关限流电阻R1、关断开关限流电阻R2接关断开关V2的漏极，关断开关V2的源极分别与分压电阻R4的一端、负偏电源的负极相连，分压电阻R4的另一端分别与开启开关限流电阻R1、关断开关限流电阻R2、打火限流电阻R3的一端和隔离二极管V4的阳极相连，隔离二极管V4的阴极与正偏电源的负极相连，打火限流电阻R3的另一端分别与钳位管V3的一端、负载的控制电极相连，钳位管V3的另一端分别与修正电源的正极、负偏电源的正极、负载的阴极相连。
所述驱动模块的第一输出端与开启开关V1的栅极相连，所述驱动模块的第二输出端与关断开关V2的栅极相连，所述正偏电源、修正电源和负偏电源均采用模块化电源。
所述开启开关限流电阻R1、关断开关限流电阻R2、打火限流电阻R3和分压电阻R4均为无感线绕电阻。
所述的钳位管V3为瞬态抑制TVS管，所述的隔离二极管V4为玻璃钝化快速整流二极管。
本发明的另一目的在于提供一种基于阴极正负输出的栅极调制器的实现方法，该方法包括下列顺序的步骤：
（1）调节送入驱动模块的同步信号的工作频率和脉宽宽度，控制调制电路的开启开关V1和关断开关V2交替导通工作，使栅极调制器输出一定幅值的脉冲波形；
（2）调节正偏电源、修正电源的输出电压，实现栅极调制器输出脉冲电压从负电压到正电压，或从正电压到负电压的连续可调；同时调节负偏电源的输出电压至微波管电子注截止所需电压，实现不同微波管电子注的截止。
由上述技术方案可知，本发明采用修正电源串接于正偏电源和负偏电源之间，并通过调节正偏电源、修正电源输出电压的方法，实现调制器输出脉冲电压从负电压到正电压或从正电压到负电压的连续可调。与现有技术相比，本发明输出脉冲电压基于阴极可正可负，基于阴极的输出脉冲电压连续可调，能应用与多种微波管电源场合，实用性较强。此外，驱动模块、正偏电源、修正电源、负偏电源均采用模块化，大大减小了栅极调制器的体积。

附图说明
图1为本发明的电路结构框图；
图2为本发明的电路原理图；
图3是本发明输出的工作波形图。

具体实施方式
一种基于阴极正负输出的栅极调制器，包括外接同步信号的用于给调制电路的开启开关V1、关断开关V2提供开启脉冲信号、关断脉冲信号的驱动模块1，其输出端与调制电路2的输入端相连，修正电源4串接于正偏电源3和负偏电源5之间，修正电源4与正偏电源3、负偏电源5连接处极性相同且三者均向调制电路2内的开启开关V1、关断开关V2供电，正偏电源3、修正电源4和负偏电源5均采用模块化电源，所述开启开关V1、关断开关V2均为MOS管，调制电路2的输出端接负载的控制电极和阴极，所述负载为微波管，如图1、2所示，在图2中，G表示微波管的栅极即控制电极，K表示微波管的阴极。
如图1、2所示，所述调制电路2由开启开关V1、关断开关V2、钳位管V3、隔离二极管V4、开启开关限流电阻R1、关断开关限流电阻R2、打火限流电阻R3和分压电阻R4组成，开启开关V1的漏极与正偏电源3的正极相连，正偏电源3的负极与修正电源4的负极相连，修正电源4的正极与负偏电源5的正极相连，开启开关V1的源极依次通过开启开关限流电阻R1、关断开关限流电阻R2接关断开关V2的漏极，关断开关V2的源极分别与分压电阻R4的一端、负偏电源5的负极相连，分压电阻R4的另一端分别与开启开关限流电阻R1、关断开关限流电阻R2、打火限流电阻R3的一端和隔离二极管V4的阳极相连，隔离二极管V4的阴极与正偏电源3的负极相连，打火限流电阻R3的另一端分别与钳位管V3的一端、负载的控制电极相连，钳位管V3的另一端分别与修正电源4的正极、负偏电源5的正极、负载的阴极相连。
如图1、2所示，所述驱动模块1的第一输出端与开启开关V1的栅极相连，所述驱动模块1的第二输出端与关断开关V2的栅极相连，驱动模块1用于给调制电路2的开启开关V1、关断开关V2提供开启脉冲信号和关断脉冲信号。所述开启开关限流电阻R1、关断开关限流电阻R2、打火限流电阻R3和分压电阻R4均为无感线绕电阻，开启开关限流电阻R1、关断开关限流电阻R2分别用于根据开启脉冲或者关断脉冲导通开启或者截止电压，打火限流电阻R3用于在打火时，保护微波管的控制电极的电流过大，提高调制器的可靠性，分压电阻R4用于分压负偏电源5电压。所述的钳位管V3为瞬态抑制TVS管，用于保护微波管控制电极的电压过高，所述的隔离二极管V4为玻璃钝化快速整流二极管，在开启开关V1损坏时用于保护微波管的控制电极。
如图1、2、3所示，在工作时，首先，调节送入驱动模块1的同步信号的工作频率和脉宽宽度，控制调制电路2的开启开关V1和关断开关V2交替导通工作，使栅极调制器输出一定幅值的脉冲波形；其次，调节正偏电源3、修正电源4的输出电压，实现栅极调制器输出脉冲电压从负电压到正电压，或从正电压到负电压的连续可调；同时调节负偏电源5的输出电压至微波管电子注截止所需电压，实现不同微波管电子注的截止。
实施例一
驱动模块1提供频率f为1kHz,脉宽Ton1、Ton2分别为20μs、200ns的两路驱动信号输出；正偏电源3的输出电压U1为0～+1000V可调电源，修正电源4的输出电压U2为0～+500V，负偏电源5的输出电压U3为0～-5kV；负载为行波管；调制电路2中开启开关V1、关断开关V2为5个FQP9N90C串联，钳位管V3为12个1.5KE440CA串联，隔离二极管V4为5个玻璃钝化快速整流二极管BYV26E串联；开启开关限流电阻R1、关断开关限流电阻R2为无感线绕电阻8W200Ω，打火限流电阻R3为无感线绕电阻8W75Ω，分压电阻R4为无感线绕电阻200kΩ。
设调制器的输出导通行波管电子注时，需要加相对于阴极为负的电压200V；行波管电子注截止时，需要加需要加相对于阴极为负的电压5000V。
在一个工作周期内，调制器器共有3个状态，如图2、3所示。
阶段1（t0～t1）：开启开关V1导通，关断开关V2关断，正偏电源3与开启开关限流电阻R1、钳位管V3构成一个电流回路，行波管栅阴极两端电压值取决于正偏电源3与修正电源4的电压之差，即行波管栅阴极两端电压值Ugk=U1-U2，调节正偏电源3的电压至300V，修正电源4电压至500V，此时Ugk为-200V，满足此行波管电子注导通条件，使行波管的栅阴极处于正向偏置状态； Ugk是行波管栅阴极两端电压值，也是调制器输出脉冲幅值。
阶段2（t1～t2）：关断开关V2导通，开启开关V1关断，负偏电源5输出电压接到行波管的栅极上，此时行波管栅阴极两端电压值为Ugk= [RL/(RL+R2)]* U3≈U3，调节负偏电源5电压至-5000V，即Ugk≈-5000V；其中一般行波管栅阴极阻抗RL远大于关断开关限流电阻R2，此时行波管栅阴极被截止，其电子注电流关断。
阶段3（t2～t3）：开启开关V1、关断开关V2均关断，其栅阴极两端电压值取决于行波管本身栅阴极间的阻抗RL与行波管本身栅阴极间的阻抗RL、打火限流电阻R3、分压电阻R4之和的比值与负偏电源5的输出电压的乘积，即Ugk=[RL/(RL+R3+R4)]* U3，以实现行波管的栅阴极负偏置，即行波管被截止。
实施例二
驱动模块1提供频率f为2kHz,脉宽Ton1、Ton2分别为5μs、200ns的两路驱动信号输出；正偏电源3的输出电压U1为0～+1000V可调电源，修正电源4输出电压U2为0～+500V，负偏电源5输出电压U3为0～-5kV；负载为行波管；调制电路2中开启开关V1、关断开关V2为5个FQP9N90C串联，钳位管V3为12个1.5KE440CA串联，隔离二极管V4为5个玻璃钝化快速整流二极管BYV26E串联；开启开关限流电阻R1、关断开关限流电阻R2为无感线绕电阻8W200Ω，打火限流电阻R3为无感线绕电阻8W75Ω，分压电阻R4为无感线绕电阻200kΩ。
设调制器的输出导通行波管电子注时，需要加相对于阴极为正的电压350V。
在一个工作周期内，调制器器共有3个状态，如图2、3所示。
阶段1（t0～t1）：开启开关V1导通，关断开关V2关断，正偏电源3与开启开关限流电阻R1、隔离二极管V3构成一个电流回路，行波管栅阴极两端电压值取决于正偏电源3与修正电源4的电压之差，即行波管栅阴极两端电压值Ugk=U1-U2，调节正偏电源3的电压至800V，修正电源4电压至500V，此时Ugk为+300V，满足此行波管电子注导通条件，使行波管的栅阴极处于正向偏置状态；
阶段2（t1～t2）：关断开关V2导通，开启开关V1关断，负偏电源5输出电压接到行波管的栅极上，此时行波管栅阴极两端电压值为Ugk= [RL/(RL+R2)]* U3≈U3，调节负偏电源5的电压至-2000V，即Ugk≈-2000V；其中一般行波管栅阴极阻抗RL远大于关断开关限流电阻R2，此时行波管栅阴极被截止，其电子注电流关断。
阶段3（t2～t3）：开启开关V1、关断开关V2均关断，其栅阴极两端电压值取决于行波管本身栅阴极间的阻抗RL与行波管本身栅阴极间的阻抗RL、打火限流电阻R3、分压电阻R4之和的比值与负偏电源5的电压的乘积，即Ugk=[RL/(RL+R3+R4)]* U3，以实现行波管的栅阴极负偏置，即行波管被截止。
综上所述，本发明结构简单，修正电源4串接于正偏电源3和负偏电源5之间，使修正电源4与正偏电源3、负偏电源5连接处的极性相同，再通过调节正偏电源3、修正电源4的电压实现基于阴极的输出脉冲电压连续可调，从而控制行波管栅极即控制电极的工作，使调制器能应用与多种微波管电源场合。