ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ Советский патент 1994 года по МПК H03K5/01 

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для формирования импульсов с амплитудой, превышающей напряжение питания, например для помехоустойчивой передачи информации, помехоустойчивого запуска автоматических устройств, импульсного запитывания узлов, требующих высокого напряжения и т.д.

Известен формирователь импульсов на основе цепи умножения из последовательно соединенных ключевых транзисторных ячеек и накопительных конденсаторов, подключенных обкладками к противоположным шинам питания посредством полупроводниковых диодов и заряжающегося транзистора.

Предлагаемый формирователь не имеет пороговой по пусковому импульсу характеристики, не обеспечивает формирования импульса на низкоомной и емкостной нагрузке (низкая выходная мощность), а на его работоспособность оказывают существенное влияние (вплоть до полной потери работоспособности) внешние факторы (температура, ионизирующее излучение и т.д.).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является формирователь импульсов, содержащий n однотипных каскадов, состоящих из транзистора, база которого соединена через резистор с шиной нулевого потенциала, а коллектор транзистора каждого предыдущего каскада соединен через конденсатор с эмиттером последующего каскада, ключевой транзистор, база которого соединена с входной шиной, эмиттер - с шиной положительного потенциала, а коллектор - с коллектором транзистора последнего каскада, причем входная шина через диод соединена с базой управляющего транзистора, коллектор которого через накопительный конденсатор соединен с эмиттером транзистора первого каскада, коллектор транзистора каждого последующего каскада через диод соединен с коллектором транзистора предыдущего каскада, эмиттер транзистора каждого последующего каскада соединен с эмиттером предыдущего каскада, эмиттер транзистора первого каскада через диод соединен с шиной нулевого потенциала.

Недостатком известного формирователя является неполное выделение мощности в выходном импульсе, поскольку часть заряжающего напряжения теряется на открытых переходах заряжающих транзистора и диодов и, кроме того, имеется диапазон неполного отпирания транзисторов, приводящий к дополнительным потерям мощности выходного сигнала, и низкая помехоустойчивость, обусловленная, во-первых, тем, что база входного транзистора смещена положительным прямым падением напряжения на подключенном к ней аноде диода и входной транзистор находится в неустойчивом состоянии; во-вторых, прохождение отрицательного импульса помехи по плюсовой шине питания (сбои питания) вызывает срабатывание формирователя через заряжающие диоды, а также неустойчивость к воздействию внешних факторов, связанная с тем, что воздействие ионизирующего излучения и высокой температуры вызывает утечки тока формируемого импульса в цепи питания ввиду появления обратной проводимости заряжающих транзистора и диодов.

Целью изобретения является повышение мощности и стабильности выходного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в формирователь импульсов, содержащий n однотипных каскадов, состоящих из транзистора, база которого соединена через резистор с шиной нулевого потенциала, а коллектор транзистора каждого предыдущего каскада соединен через конденсатор с эмиттером последующего каскада, введены импульсный трансформатор, имеющий первую, вторую и третью обмотки, диод, токоограничивающий резистор, коллекторные резисторы и база-эмиттерные резисторы, причем входная шина через третью обмотку импульсного трансформатора соединена с базой транзистора первого каскада, которая через первую обмотку импульсного трансформатора соединена с катодом диода, анод которого соединен с нулевой шиной и эмиттером транзистора первого каскада, шина положительного потенциала через токоограничивающий резистор и через вторую обмотку импульсного трансформатора соединена с коллектором транзистора первого каскада, базы транзисторов каскадов, кроме первого, соединены с эмиттерами этих же транзисторов через база-эмиттерные резисторы, а коллекторы транзисторов каскадов, кроме первого, через коллекторные резисторы соединены с точкой соединения токоограничивающего резистора и второй обмотки импульсного трансформатора, коллектор транзистора последнего каскада через конденсатор соединен с нагрузкой формирователя.

В формирователь введен по меньшей мере один дополнительный диод, а импульсный трансформатор содержит по меньшей мере одну дополнительную обмотку, включенную между базой транзистора каскада, кроме первого, и катодом дополнительного диода, анод которого соединен с шиной нулевого потенциала.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема формирователя импульсов; на фиг.2 - зависимость амплитуды выходного сигнала U_вых от амплитуды входного сигнала U_вх.

Формирователь импульсов содержит n однотипных каскадов, состоящих из транзистора I₁-I_n, база которого соединена через резистор 2₁-2_n с шиной нулевого потенциала; коллектор транзистора l₁-l_n каждого предыдущего каскада соединен через конденсатор 3₁-3_n с эмиттером последующего каскада; импульсный трансформатор 4, имеющий первую 5, вторую 6, третью 7 и дополнительную обмотки 8; диод 9 и дополнительный диод 10; токоограничивающий резистор 11; коллекторные резисторы 12₁-12_n-1 и база-эмиттерные резисторы 13₁-13_n-1; причем входная шина 14 через третью обмотку 7 импульсного трансформатора 4 соединена с базой транзистора первого каскада, которая через первую обмотку 5 импульсного трансформатора 4 соединена с катодом диода 9, анод которого соединен с нулевой шиной и эмиттером этого транзистора; шина положительного потенциала через токоограничивающий резистор 11 и через вторую обмотку 6 импульсного трансформатора 4 соединена с коллектором транзистора первого каскада, базы транзисторов каскада, кроме первого, соединены с эмиттерами соответствующих транзисторов через база-эмиттерные резисторы 13₁-13_n-1, а коллекторы транзисторов каскадов, кроме первого, через коллекторные резисторы 12₁-12_n-1 - с точкой соединения токоограничивающего резистора и второй обмотки импульсного трансформатора, коллектор транзистора последнего каскада через конденсатор 3_n соединен с нагрузкой 15 формирователя. Дополнительная обмотка 8 импульсного трансформатора 4 включена между базой транзистора каскада, кроме первого, и катодом дополнительного диода 10, анод которого соединен с шиной нулевого потенциала.

Формирователь работает следующим образом. В исходном состоянии транзисторы I₁-I_n заперты, а конденсаторы 3₁-3_n заряжены до напряжения U_пит источника питания. При поступлении запускающего импульса на базу первого транзистора I₁ он открывается. Возникающий в коллекторной цепи ток разветвляется в первичную обмотку 6 трансформатора 4, вводя первый транзистор I₁ в насыщение через вторичную обмотку 5, и в цепь умножения - через конденсатор 31 на эмиттер транзистора I₂ и так далее; последовательно отпирая транзисторы I₂ и так далее; последовательно отпирая транзисторы I₂ - I_n и замыкаясь через нагрузку 15 на эмиттер первого транзистора I₁. На нагрузке 15 выделяется в результате этого сумма амплитуд напряжений, формируемых на каждом каскаде, за вычетом потерь на конденсаторах 3₁-3_n. Одновременно инвертированные импульсы с вторичных обмоток 5 и 8 поступают на базы транзисторов I₁ и I₂ и увеличивают степень их отпирания, повышая таким образом начальный ток в цепи умножения.

В предлагаемом формирователе запасенная в конденсаторах энергия расходуется практически только на формирование тока в цепи умножения, поскольку не требуется запирания и практически исключены потери на заряжающих полупроводниковых элементах, используемых в прототипе. Поэтому как начальный участок срабатывания (на уровне U_пор), так и весь ход зависимости 16 (фиг.2) "вход-выход" характеризуется более полной отдачей мощности в нагрузку.

Одновременно повышается устойчивость к воздействию внешних факторов, поскольку формирование импульса обеспечивается без привлечения вспомогательных полупроводниковых элементов, которые, в основном, обусловливают нестабильность, а у транзисторов цепи умножения потенциально связаны эмиттер и база. Эта связь, выполняя функцию заряда конденсаторов 3, одновременно препятствует влиянию токов транзисторов на их режим работы. Кроме того, введение трансформаторной связи коллектора первого транзистора I₁ с базами ряда транзисторов цепи умножения обеспечивает сохранение работоспособности при уменьшении их коэффициента. Графически положительный эффект выражается в сохранении зависимости 16 (см.фиг.2) в условиях этих воздействий, тогда как характеристика 17 (см. фиг.2) прототипа сдвигается в область меньших значений U_вых (график 18 на фиг.2) и больших значений U_пор.

Количественно положительный эффект выражается в увеличении выходного напряжения на 1-2 В на каскад в области установившейся амплитуды выходного сигнала и снижении "размытия" амплитудной характеристики (изменение U_вых от 0 до максимума) в области U_вх ≥ U_пор до ≈ 10% по амплитуде входного сигнала вместо ≈ 100% у прототипа.

1. ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ, содержащий n однотипных каскадов, каждый из которых состоит из транзистора, база которого соединена через резистор с шиной нулевого потенциала, коллектор транзистора каждого предыдущего каскада соединен через конденсатор с эмиттером последующего каскада, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности и стабильности выходного сигнала, в него введены импульсный трансформатор, имеющий первую, вторую и третью обмотки, диод, токоограничивающий резистор, коллекторные резисторы и база-эмиттерные резисторы, причем входная шина через третью обмотку импульсного трансформатора соединена с базой транзистора первого каскада, которая через первую обмотку импульсного трансформатора соединена с катодом диода, анод которого соединен с нулевой шиной и эмиттером транзистора первого каскада, шина положительного потенциала через токоограничивающий резистор и через вторую обмотку импульсного трансформатора соединена с коллектором транзистора первого каскада, базы транзисторов каскадов, кроме первого, соединены с эмиттерами этих же транзисторов через база-эмиттерные резисторы, а коллекторы транзисторов каскадов, кроме первого, через коллекторные резисторы соединены с точкой соединения токоограничивающего резистора и второй обмотки импульсного трансформатора, коллектор транзистора последнего каскада через конденсатор соединен с нагрузкой формирователя. 2. Формирователь по п.1, отличающийся тем, что в него введен по меньшей мере один дополнительный диод, а импульсный трансформатор содержит по меньшей мере одну дополнительную обмотку, включенную между базой транзистора каскада, кроме первого, и катодом дополнительного диода, анод которого соединен с шиной нулевого потенциала.