устройство защиты радиоаппаратуры от импульсных перенапряжений

Формула изобретения

Устройство защиты радиоаппаратуры от импульсных перенапряжений, содержащее защитный разрядник, анод которого соединен с выходом источника перенапряжений, а катод заземлен, и фильтр, выход которого соединен с входом защищаемой аппаратуры, отличающееся тем, что введен блок обострения импульсов, вход которого соединен с анодом защитного разрядника, а выход - с входом фильтра, причем блок обострения импульсов содержит n(n1) последовательно соединенных линий задержки, выход каждой из которых зашунтирован соответствующим, одним из n, обостряющим разрядником.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в антенно-фидерных трактах радиопередатчиков и приемников различного назначения.

Известны устройства защиты радиотехнической аппаратуры, обеспечивающие снижение опасных перенапряжений, шунтируя защищаемые цепи разрядниками (заявки 2616978, Н 02 Н 9/02, 7/20 и 2616979, Н 02 Н 9/04, Франция).

Недостатком этих устройств является то, что в области высоких частот невозможно их использование из-за больших потерь для рабочих сигналов, вносимых емкостями, образующимися от включения дополнительного ограничительного звена.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, приведенное в книге Рикетс Л.У., Бриджес Дж.Э., Майлетта Дж. Электромагнитный импульс и методы защиты. М.: "Атомиздат", 1979, стр.165, рис.4.50, принятое за прототип.

Устройство-прототип представлено на фиг.1, где обозначено: 1 - разрядник; 2 - фильтр нижних частот;2 X1 - источник перенапряжения; Х2 - защищаемая аппаратура.

Устройство-прототип содержит разрядник 1, анод которого соединен с входом фильтра 2 и источником перенапряжения X1, а катод заземлен. Выход фильтра 2 соединен с входом защищаемой аппаратуры Х2.

Устройство работает следующим образом. Перенапряжение со скоростью нарастания (S) фронта волны поступает на электроды разрядника (1) и при достижении напряжения (U_g) происходит пробой разрядника, характеризующийся резким спадом напряжения. Далее сигнал интегрируется ФНЧ (2), и в нагрузку будет поступать импульс, максимальное значение напряжения которого можно оценить по формуле (I).

Эффективность ограничения импульсных напряжений зависит от скорости нарастания фронта воздействующего напряжения и частоты среза используемого фильтра. Она тем выше, чем круче фронт воздействия и чем ниже частота среза фильтра:

U_max = U_gt_cpf₀ = (U_g ²/S)f₀ (I),

где U_max - максимальное напряжение ограничения,

U_g - динамическое напряжение срабатывания разрядника,

t_cp - время срабатывания,

f₀ - частота среза,

S - скорость нарастания фронта импульса воздействующего напряжения.

Недостатком устройства-прототипа является то, что эффективность ограничения перенапряжения может быть достаточно высокой только в низкочастотной части диапазона, однако она резко снижается для аппаратуры с высокочастотными рабочими сигналами, что делает невозможным использование этого устройства для работы в области высоких частот.

Для устранения этого недостатка в устройство, содержащее защитный разрядник, анод которого соединен с выходом источника перенапряжения, а катод заземлен, и фильтр, выход которого соединен с входом защищаемой аппаратуры, введен блок обострения импульсов, вход которого соединен с анодом защитного разрядника, а выход - с входом фильтра. При этом блок обострения импульсов содержит n (n1) последовательно соединенных линий задержки, выход каждой из которых зашунтирован соответствующим одним из n, обостряющих разрядником.

На фиг. 2 приведена схема предлагаемого устройства, где обозначено: 1 - защитный разрядник; 2 - фильтр; 3 - блок обострения импульсов; Л1 - Лn - линии задержки; F1 - Fn - обостряющие разрядники; X1 - источник перенапряжений; Х2 - защищаемая аппаратура.

Предлагаемое устройство содержит защитный разрядник 1, катод которого заземлен, а анод соединен с выходом источника перенапряжения X1 и входом блока обострения импульсов 3, выход которого соединен с входом фильтра 2, выход которого соединен с входом защищаемой аппаратуры Х2. Кроме того, блок обострения импульсов 3 содержит n(nl) последовательно соединенных линий задержки Л1 - Лn, выход каждой из которых зашунтирован соответствующим, одним из n, обостряющим разрядником F1 - Fn.

Устройство работает следующим образом. После пробоя разрядника 1 катоды разрядников F1 - Fn оказываются практически закороченными на корпус, а напряжение на их анодах будет определяться прохождением остаточного импульса по линии задержки Л1 - Лn. Газ в разрядных промежутках F1 - Fn некоторое время будет находиться в повышенной степени ионизации за счет стримеров, возникающих в газе при напряженности поля, превышающей значения статического пробоя.

Таким образом, в зависимости от времени задержки напряжение пробоя F1 - Fn может быть значительно ниже, чем это определяется вольт-секундной характеристикой, и можно подобрать такую длину Л1 - Лn, при которой напряжение ограничения будет минимальным. При воздействии импульсных напряжений с крутым фронтом, определяющим величину остаточного напряжения, будет разрядник F1, а при более пологом фронте - Fn.

Практическое подтверждение эффективности получено в результате экспериментов с макетом защитного устройства, схема которого показана на фиг.2.

На фиг.3 приведены экспериментальные защитные характеристики макета (А, В, С), а также для сравнения защитные характеристики устройства защиты, включающего разрядник с ФНЧ без схемы обострения (D, E, F).

Таким образом, из представленных материалов следует, что введение в схему устройства защиты блока обострения импульсов позволяет значительно повысить эффективность защиты аппаратуры, снижая пиковые значения остаточных импульсов, проникающих в аппаратуру при воздействии перенапряжений.