УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК H03K5/00 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования высоковольтных импульсов с крутыми фронтами на емкостной нагрузке, например, для управления электрооптическими модуляторами лазерного излучения.

Известен усилитель считывания (1), содержащий первый транзистор, коллектор которого соединен с шиной питания, а эмиттер - с базой второго транзистора, коллектор которого через два последовательно соединенных диода соединен с базой первого транзистора, с р-базой первого тиристора, первым выводом первого резистора и коллектором третьего транзистора, эмиттеры второго и третьего транзисторов соединены с общей шиной, эмиттер первого транзистора через второй резистор соединен с общей шиной, второй вывод первого резистора соединен с анодом первого тиристора, катод которого чеpез третий резистор соединен с базой требуемого транзистора и первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, коллектор второго транзистора соединен с выходной шиной, анод второго тиристора соединен с шиной питания, его n-база - с информационным входом, а р-база - с базой двухэмиттерного транзистора, первый и второй эмиттеры которого соединены с соответствующими управляющими входами схемы, а коллектор - с его базой и первым выводом пятого резистора, второй вывод которого соединен с катодом второго тиристора и анодом первого тиристора.

Недостатком известного устройства (1) является невысокое быстродействие и большая потребляемая мощность при работе на емкостную нагрузку.

Наиболее близким техническим решением является устройство формирования импульсов напряжения (2), содержащее первый транзистор, коллектор которого соединен с катодом диода и базой второго транзистора, коллектор которого соединен с шиной первого источника напряжения, эмиттер - с анодом диода и с нагрузкой, база - с резистором, и входную шину.

Недостатком известного устройства (2) является то, что для увеличения крутизны фронтов сигнала на емкостной нагрузке токи баз транзисторов должны выбираться достаточно большими, что приводит к их глубокому насыщению по окончании переходного процесса и снижению быстродействия.

Целью изобретения является повышение быстродействия при одновременном расширении функциональных возможностей.

Указанная цель достигается тем, что в устройство формирования импульсов напряжения, содержащее первый транзистор, коллектор которого соединен с катодом первого диода и базой второго транзистора, коллектор которого соединен с шиной первого источника напряжения, эмиттер - с анодом первого диода и с нагрузкой, и входную шину введены регулируемый генератор тока, ключ, линия задержки, генератор тока и второй диод, катод которого соединен с коллектором второго транзистора, анод - с генератором тока и с коллектором первого транзистора, база которого соединена с шиной второго источника напряжения, эмиттер - с последовательно соединенными ключом и регулируемым генератором тока, управляющие входы которых - первого непосредственно и второго через линию задержки - соединены с входной шиной.

Совокупность новых признаков предлагаемого устройства позволяет улучшить крутизну фронта и спада импульсов высокого напряжения на емкостной нагрузке, не приводя транзисторы в режим насыщения, а также дает возможность оперативного изменения напряжения низкого уровня на нагрузке, что повышает быстродействие и расширяет функциональные возможности устройства.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство формирования импульсов напряжения, функциональная схема; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений и токов на отдельных элементах устройства. При этом приняты следующие обозначения: 1- первый транзистор; 2 - первый диод; 3 - второй транзистор; 4 - шина первого источника напряжения; 5 - нагрузка; 6 - входная шина; 7 - регулируемый генератор тока; 8 - ключ; 9 - линия задержки; 10 - генератор тока; 11 - второй диод; 12 - шина второго источника напряжения; U_вх - напряжение на входной шине 6 устройства формирования импульсов напряжения; U₅ - напряжение на нагрузке 5; U₉ - напряжение на выходе линии 9 задержки; U₄ - напряжение на шине 4 первого источника напряжения; I₁ - выходной ток регулируемого генератора 7 тока при низком напряжении на его управляемом входе; I₂ - выходной ток регулируемого генератора 7 тока при высоком напряжении на его управляющем входе; I₇ - выходной ток регулируемого генератора 7 тока; t₁ - момент времени, соответствующий приходу на входную шину 6 импульса напряжения; t₂ - момент времени, соответствующий окончанию формирования фронта импульса напряжения на нагрузке 5; t₃ - момент времени, соответствующий окончанию импульса напряжения на входной шине 6; t₄ - момент времени, соответствующий окончанию формирования спада импульса напряжения на нагрузке 5; Δ t - время задержки импульса линией 9 задержки; t - время.

Устройство формирования импульсов напряжения содержит первый транзистор 1, коллектор которого соединен с катодом первого диода 2 и базой второго транзистора 3, коллектор которого соединен с шиной 4 первого источника напряжения, эмиттер - с анодом первого диода 2 и с нагрузкой 5, входную шину 6, регулируемый генератор 7 тока, ключ 8, линию 9 задержки, генератор 10 тока, второй диод 11, катод которого соединен с коллектором второго транзистора 3, анод - с генератором 10 тока и коллектором первого транзистора 1, база которого соединена с шиной 12 второго источника напряжения, эмиттер - с последовательно соединенными ключом 8 и регулируемым генератором 7 тока, управляющие входы которых - первого непосредственно и второго через линию 9 задержки соединены со входной шиной 6.

Элементы 1-6 аналогичны элементам известного устройства (2). Первый транзистор 1 и второй транзистор 3 представляли собой транзисторы КТ940А. На шине 12 второго источника напряжения поддерживалось напряжение +5 В. Первый диод 2 - диод типа КД522Б. Второй диод 11 представлял собой цепочку последовательно соединенных диодов КД521А. Генератор 10 тока выполнен на транзисторе КТ940А. На шине 4 первого источника напряжения поддерживалось напряжение +300 В. Нагрузка 5 представляла собой электрооптический затвор МЛ-103. Регулируемый генератор 7 тока собран на транзисторной сборке К125НТ1А и транзисторе КТ630А, но может быть использована и другая схема (например, Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. М., Радио и связь, 1985, с.186). Ключ 8 собран на транзисторе КТ904А. Линия 9 задержки собрана на микросхеме К555ЛН2.

Принцип работы устройства заключается в следующем (см. фиг.2). В исходном состоянии на входной шине 6 низкий уровень входного напряжения, ключ 8 замкнут, регулируемый генератор 7 тока, на управляющем выводе которого низкий уровень напряжения, задает ток I₁. Первый транзистор 1 открыт, через него протекает ток, задаваемый генератором 10 тока, а второй транзистор 3 закрыт. На коллекторе первого транзистора 1 и на нагрузке 5 низкое напряжение. После поступления в момент времени t₁ на входную шину 6 высокого уровня входного напряжения ключ 8 размыкается и ток, задаваемый генератором 10 тока, течет в базу второго транзистора 3, открывая его. Емкость нагрузки 5 быстро заряжается через открытый второй транзистор 3 до напряжения, практически равного напряжению на шине 4 первого источника напряжения. После этого открывается второй диод 11, который шунтирует коллекторный переход второго транзистора 3, препятствуя его насыщению. Таким образом, в момент времени t₂ на нагрузке 5 устанавливается высокое напряжение, определяемое напряжением на шине 4 первого источника напряжения. Через время Δt, определяемое линией 9 задержки, поступивший на входную шину 6 высокий уровень напряжения приходит на управляющий вывод регулируемого генератора 7 тока, который задает ток I₂>I₁. По окончании входного импульса в момент времени t₃ на входную шину 6 поступает низкий уровень входного напряжения, ключ 8 замыкается и открывается первый транзистор 1. Напряжение на его коллекторе уменьшается и к эмиттерному переходу второго транзистора 3 прикладывается способствующее его быстрому закрыванию отрицательное напряжение, которое ограничивается открывшимся первым диодом 2. Емкость нагрузки 5 быстро разряжается через первый диод 2, первый транзистор 1, ключ 8 и регулируемый генератор 7 тока. По окончании переходного процесса в момент времени t₄ на нагрузке 5 устанавливается низкое напряжение. Через время Δt после окончания входного импульса ( Δt≥t₄-t₃) низкое напряжение появляется на управляющем входе регулируемого генератора 7 тока и переключает его в режим задания тока I₁, предотвращая тем самым насыщение первого транзистора 1. Устройство находится в исходном состоянии и готово сформировать следующий импульс. Изменением величины внутреннего сопротивления генератора 10 тока и (или) тока I₁ можно регулировать величину низкого напряжения U_о на нагрузке, изменением величины тока I₂ можно регулировать крутизну спада высоковольтного импульса, а изменением величины тока, задаваемого генератором 10 тока, можно регулировать крутизну фронта выходного высоковольтного импульса.

Таким образом, предложенное устройство благодаря своим отличиям по сравнению с прототипом позволяет предотвратить насыщение транзисторов и осуществить регулировку крутизны фронта, спада и уровня низкого напряжения выходного высоковольтного импульса и тем самым повышает быстродействие, и расширяет функциональные возможности устройства.

Предлагаемое устройство положено в основу разработанной системы управления электрооптическим затвором для стробоголографии и голографической интерферометрии. Разработанная система обеспечивает формирование серии одиночных и сдвоенных импульсов, каждый из которых может быть синхронизирован с требуемой фазой исследуемого периодического процесса. При этом с изменением частоты повторения исследуемого процесса могут изменяться в широких пределах как длительности отдельных управляющих импульсов, так и временной интервал между ними. Устройство может быть широко использовано в импульсной технике для формирования импульсов напряжения как на емкостных нагрузках, так и на нагрузках другого типа.

Использование: для формирования высоковольтных импульсов с крутыми фронтами при работе на емкостную нагрузку. Сущность: устройство содержит транзисторы 1, 2, диоды 4, 11, генераторы тока 6, 12, ключ 7 и линию задержки 9. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее первый транзистор, коллектор которого соединен с катодом первого диода и базой второго транзистора, коллектор которого соединен с шиной первого источника напряжения, эмиттер - с анодом первого диода и нагрузкой, и входную шину, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия при одновременном расширении функциональных возможностей, в него введены регулируемый генератор тока, ключ, линия задержки, генератор тока и второй диод, катод которого соединен с коллектором второго транзистора, анод - с генератором тока и коллектором первого транзистора, база которого соединена с шиной второго источника напряжения, эмиттер - с последовательно соединенными ключом и регулируемым генератором тока, управляющие входы которых - первого непосредственно и второго через линию задержки - соединены с входной шиной.