Формирователь высоковольтных прямоугольных импульсов Советский патент 1984 года по МПК H03K5/02 

vl ел

00

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение преимущественно для управления электронным потоком в электронных приборах СВЧ пролетйого типа, а также для импульсного питания усилителей света и электрооптических затворов.

По основному авт.св. 86&001 известен формирователь высоковольт,ных прямоугольных импульсов, содержащий цепочку каскадно включенны транзисторов с последовательным питанием, причем база входного первго транзистора цепочки подключена к внехинему истрчни1 у импульсов запуска и через резистор соединена с общей 1чиной, коллектор выходного (последнего) транзистора цепочки соединен через нагрузочный резистор с шиной питания, эмиттер каждого предьр ущего транзистора цепочки соединён с базой последуйтего транзистора через последовательную Й.С цепь, зашунтированную стабилитронсял, между эмиттерами и базами каждого транзистора цепочки, исключая входной, включены диодал в обратном направлении, причем литтер выходного транзистора цепочки соединен с анодом выходного стабилитрона,, первый резистор, включенный между базой входного (первого) транзистора цепочки и общей шиной l .

Недостатком известного технического решения является -невысокая стабильность амплитуды выходных ютпульсов при колебаниях температуры окружгисщей среды и значительная длительность их среза.

Этот недостаток объясняется тем, что длительность среза выходного Ю1пульса определяется с одной стороны вр менем запирания транзисторов, с другой - постоянной вр&ленн С гдеЯ - сопротивление резистора; вьи паразитная емкость элементов схемы. Поэтому даже при мгновенном запирании всех транзисторов длительность среза импульса, измеренная по уровню от 0,1 до 0,9 амплитуды, не будет меньшей, чем

2,2КСвых.

При больших величинах R (порядка единиц или Десятков кОм) и емкости С выи (порядка 100 пФ) длительност среза получается недопустимо бояьшой, до единиц МКС, что ограничивае возможности использования формирова теля, в частности для модуляции электронных приборов СВЧ пролетного типа.

При изменении Tis nера-туры окружающей среды в пределах больших, чем t , изменения величины напряжений стабилизации стабилитронов опре

деляют нестабильность амплитуды импульсов .

Целью изобретения является повышение надежности путем повышения температурной стабильности амппитуды выходных импульсов при одновременном сокращении длительности среза.

Поставленная цель достигается тем, что формирователь высоковольтных прямоугольных импульсов снабжен регулирующим транзисторе ; кошаратором, дополнительным ключевым элементом на транзисторе, источником импульсов сброса, а также диодами, при этом первый вход компаратора подключен к коллектору вькодного транзистора цепочки, а второй - к общей шине, выход компартора соединен через первый диод с базой регулирунщего транзистора, к которой через второй диод присо,единен выход источника импульсов сброса, а регулирующий трлнзистор включен между эмиттером входного транзистора цепочки и базой одного из последующих транзисторов цепочки, причем коллектор выходного транзистора цепочки связан с управляющи электродом дополнительного ключевого элемента, эмиттерно-коллектоный перевод которого включен между шиной питания и катодом выходного стабилитрона цепочки, который через развязывающий резистор соединен с коллектором выходного транзистора цепочки.

На чертеже показана принципиальная электрическая схема формирователя импульсов. 1

Формирователь содержит цепочку из каскадно включённых транзисторов с 1-1 по 1- m с общим нагрузочным резистором 2;т-1 последовательных С-цепей в составе конденсаторов с 3-1 по 3-(т-1) и резисторов с 4-1 по 4-(т-1), зшунтированных m-l ключевыми стабилитронами с 5-1 по 5- (m-l); вькодной стабилитрон 6, анод которого соединен с эмиттером транзистора 1-W , первый резистор 7, включенный между базой входного .(первого) транзистора 1-1 и общей шиной, а такжеm-l диодов с 8-1 по 8-(m-l), включенных параллельно промежуткам база-эмиттер всех транзисТО1ЭОВ с 1-2 по 1-т.

База входного (первого) транзистора 1-1 цепочки подключена к внешн 4у источнику импульсов запуска. Коллектор выходного {последнего в цепочке) транзистора 1-т соединен через нагрузоч1б1Й резистор 2 с шиной питания (+Ец) и иепосредственио соединен с вшсщом устройства. Эмиттер каждого прецьщущего транзистора цепочки соединен с базой посгедунадего транзистора через последовательную RC-цепь, заюлунтированную ключевым стабилитроном, эле менты 3-1, 4-1 и 5-1. Формирователь также содержит кл чевой элемент 9 в виде цепочки кас кадно соединенных транзисторов, аналогичной цепочке из элементов с 1-1,...,1- m по 6, или в виде одииочного высоковольтного транзисто 10 с резистором 11, включенным между его базой и эмиттером;компар тор 12,диоды 13 - 16 и конденсатор регулирукздий транзистор 18, резист { 19 и 20. При этом первый вход компаратора 12 подключен к коллектору транзистора 1-т, а второй - к общей ши не. Выход компаратора соединен с анодом первого дополнительного дио да 13, катод которого соединен через резистор 19 с общей шиной и со единён непосредственно с катодом второго дополнительного диода 14 и с базой регулирующего транзистора 18, эмиттер которого соединен с эмиттером транзистора 1-1 и с анодом диода 14. Катод стабилитрона 6 через резистор 20 соединен с коллектором транзистора l-m. Ключевой элемент 9 (промежуток коллектор-эмиттер транзистора 10) включен между шиной питания (+БК и катодом стабилитрона 6, а его управляющий вход (промежуток база-эмиттер) подключен к коллектору транзистора 1-т через разделите ный конденсатор 17. База транзистора 18 через диод 15 соединена с внешним источником импульсов сброса, а промежуток баз эмиттер транзистора 1-1 зашунти1Х)ван диодом 16 в обратном включении Коллектор транзистора 18 соединен с базой одного из транзисторов депочки (кроме первого), например, с базой транзистора 1-2. Формирователь работает следующим образом. в ИСХОДНОМ состоянии в интервалах между импульсами все транзисторы с 1-1 по 1- tn и транзистор 10 заперты. От шины питания +Е через последовательно включённые резисто ры 2 и 20, стабилитрон 6, стабилит роны 5-1,. .., 5-(1п-1) , диоды 8-1,.. 8-(т-1), 16 и резистор 7 протекает постоянный ток, поддерживанхций все стабилитроны в режиме стабилизации напряжения. Этим током обеспечивается с одной стороны равномерное распределение падения напряжения ,между транзисторами 1-1,...,1-т, а с другой - их надежное запирание, поскольку к базам всех п-р-п транзисторов приклсодывается отрицательное напряжение от диодов 8-1,..., 8-(т-1) и 16. Конденсаторы 3-1,..., 3-(m-l) заряжены каждый до напряже ния стабилизации стабилитронов 5-1, ...,5-(т-1). Транзистор 18 работает в это время в активном режиме. Потенциал Е. коллектора транзистора 1-m относительно общей шины определяется сукжой падений напряжения на стабилитронах 5-1,. .. . 5-(т-1), 6, диодах 8-1, .. .,8-(т-1) г 16 и резисторе 7. Постоянство этого напряжения обеспечивает стабильность амплитуды ВЕЛСОДНЫХ импульсов как при вариациях напряжения -t-E на шине питания, так и при изменениях температ}фы окружапдей среды. Стабилизация достигается следукщим образом. Бели напряжение превысит заданный номинал, то в компараторе 12 вырабатывается положительное напряжение рассогласования, поступающее через диод 13 на базу регулирующего транзистора 18 и запирающие . диоды 14 и . Транзистор 18 приоткрывается и шунтирует стабилитрон 5-1, благодаря чему увеличивается, ток через резистор 2. Ток транзистора 18 замыкается на общую шину через диод 16 и резистор 7. В результате напряжение Е. на коллекторе транзистора l-m относительно общей шины поддерживается постоянным. Запирание транзистора 1-1 с помощью диода 16 при работе регулирукщего транзистора 18 предотвргицает возможность фо{М1Шрования ложных импульсов пэд действием наводок и помех, которые могут поступать на базу транзистора 1-1. При подаче на базу транзистора 1-1 прямоугольного положительного импульса запуска от внешнего источника, транзистор 1-1 откгялвается и переходит в насшценное состояние. .Протекание тока ет иттера транзистора 1-1 через резнстор 19 и диод 14 . обеспечивает надежное запнрание транзистора 18 тем самым он отключается на время импульса. Потенциал коллектора транзистора 1-1 отно« сительно эмнттера резко падает и к переходу база-эмиттер транзистора1-2 в первый момент прикладывается напряжение, существующее на емкости р- П перехода стабилитрона 5-1 и емкости коллектор-эмиттер запертого транзистора 18. Этим обеспечивается форсированный перезаряд емкости эмиттерно-баэового перехода транзистора 1-2, способствующий его ускоренному отпиранию. Открытое состояние транзистора 1-2 поддерживается в результате разряда конденсатора 3-1 через резистор 4-1, эмиттерный переход транзистора 1-2 .

и открытый под действием импульса эапусяса транзистор 1-1. Далее описанный процесс отпирания первых дву транзисторов 1-1 и 1-2 распространяется на все последукщие, что и обеспечивает формирование фронта выходного импульса с плоской вершиной. Т р|днэистор 10 при этом остается запертым. Стабилитронй 5-1,... 5-(т-1.) и б выключаются.

Пренебрегая величинами падения напряжения на диодах 14, 8-1,.,.8-(m-i) и 16 и открытых транзисторах l-l,...l-vn, для амплитуды выходных импульсов приближенно можно принять что

lS9bix i- « 19

где Е„ Е . „, - падение напряжения

на низкоомном резисторе 19. Поскольку напряжение Е,. стабилизировано описанным выде способом, то тем самым согласно (1) достигается повышенная стабильность амплитуды выходных импульсов как при вариациях питающего напряжения +Ек,так и при изменениях тиипературы окружающей среды.

В момент окончания импульса запуска от внешнего источника через диод 15 на базу транзистора 18 подается ш 1пульс сброса. Транзистор открывается, протекание т.ока его эмиттера через диод 16 и резистор 7 обеспечивает надежное запирание транзистора 1-1. Ток коллектора транзистора 18 протекает через диод 8-1 и стабилитрон 5-(hj-2, в результате Зсшираются транзистор 1-2 и все поотедующие вплоть до выходного транзистора l-m. При этом обеспечива«2тся формирование среза импульса,, В стабилитронах 5- (гп-2) ,... 5-(W)-l) и б восстанавливается режим стабилизации, а конденсаторы 3-(т-2),...,3-(m-l) заряжаются до исходного напряжения, равного напряжению стабилизации стабилитронов. Их заряд происходит через резисторы 4-(т-2) ,... ,4-(m-l) . При этом на резисторе 20 возникает перепад напряжения. Этот перепад дифференцируется с помощью кон5 |Денсатора 17 и резистора 11 и по ступает с положительной полярностью на базу транзистора 10 ключевого элемента 9. Транзистор 10 кратковременно отпирается и иунтиру10 ет резисторы 2 и 20, при этом через транзистор 10 происходит ускоренный паразитной емкости элементов схемы (приведенной к выходу устройства, т.е. к коллектору тран15 зистора ). Благодаря этому достигается сокращение длительности среза импульсов, которая будет определяться соотношением

22.iiic

1.

RJtR., о

где , - сопротивление открытого

(насыценногр)транзистора 10, причем R,j, fi ;

R - сопротивление резистора 2. После окончания налпульсов запуска: и сброса транзисторы 1-1,.. ..,1-п7 и 10 возвращаются в исходное запертое состояние, а транзистор 18 переходит в активный режим под действием выходного сигнала компаратора 12, поступающего через диод 13 на его базу и запирающего диоды 14 и 15.

Положительный технический эффект благодаря вновь введенным элементам 9-20 заключается в повышении стабильности амплитуды выходных импульсов как при колебаниях питаюадего напряжения, так и при изменении температуры окружакщей среды. Кроме того, обеспечивается noBtjшение крутизны среза импульсов, что расширяет возможности применения формирователя. 5-f Выход L/5

ФОРМИРОВАТЕЛЬ ВЫСОКОВОЛЬТЙЬЖ ПРЯ14ОУГОЛЬНКХ ИМПУЛЬСОВ по авт.св. 869001, отличающийся тем, что, с целью повыиения надежности путем повмдения температурной стабильности амплитуды выходных импульсов при одновременном сокргицении длительности среза выходных юетульсов, он снабжен регулирующим транзистором, кетлпаратором, дополнительные ключевым элементом на транзисторе, источником импульсов сброса, а также двумядиодами, при этсм первый вход ксжпаратора подключен к коллектору выходно го транзистора цепочки, а второй к шине, выход компаратора соединен через первый диод с базой регулирующего транзистора, к которой через второй дяод присоединен выход источника импульсоб сброса, регулирукщий транзистор включен между эмиттерсж входного транзистора цепочки и базой одного из последуюйщх транзисторов цепочки, причем коллектор выходного транзистора цепочки связан с управлякщим электродсяк дополнительного ключевого злемента, эмиттерно-коллетсторный § переход которого включен между шиной питания и катоде выходного (О стабилитрона цепочки, который через развязьтающий резистор соединен с коллектором выходного транзистора цепочки.