Высоковольтный переключатель Советский патент 1986 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных передатчиках.

Цель изобретения - повышение стабильности амплитуды выходных импульсов путем регулирования внутреннего сопротивления высоковольтного переключателя с помощью цепи отрицательной обратной связи.

На чертеже представлена схема высоковольтного переключателя.

Высоковольтный переключатель содер- жит N транзисторов 1 - 1 - 1 - N, N первых диодов 2-1 - 2-N, каждый из которых включен обратно-параллельно переходу база- эмиттер, соответствующего транзистора 1 - 1 - 1 - N.. N первых резисторов 3-1 - 3-N, каждый из которых подключен парал- лельпо соответствующему первому диоду 2-1 - 2--N, N-1 вторых диодов 4-1 - 4-(N-1) и N-1 вторых резисторов 5-1 -- 5-(N-1), третий диод 6, который включен параллельно нагрузке 7, N третьих резисто- ров 8-1 - 8-N, N конденсаторов 9- - 9-N и N четвертых диодов 10-1 -- 10-N,

причем база каждого транзистора 1-2 -

1 - N соединена с первыми выводами соответствующего второго резистора 5-1 - 5(N-I) и второго диода 4-1 - 4-(N-1), вторые выводы которых подключены к обпхей щи- не 11, база первого транзистора 1 - 1 соединена с щиной источника 12 управляющих сигналов, а эмиттер - с общей щиной 11 и первым выводом источника 13 питания, второй вывод которого через соответствующий третий резистор 8-1 - 8-N, и четвертый диод 10-1 - 10-N подключен к коллектору каждого транзистора 1 - 1 - 1 - N, коллектор каждого предыдущего транзистора 1 - 1 - 1 - (N-I) через соответствующий конденсатор 9-1 -9-(N-1) подключен к эмиттеру последующего транзистора 1-2 - 1-N, коллектор N-ro транзистора 1-N через N-й конденсатор 9-N соединен с одним выводом нагрузки 7, другой вывод которой подключен к общей щине 11.

Кроме того, высоковольтный переключатель содержит дифференциальный усилитель 14, источник 15 опорного напряжения, дополнительный источник 16 питания и делитель 17 напряжения, причем инвертирующий вход дифференциального усилителя 14 через источник 15 опорного напряжения соединен с общей щиной 11, которая через дополнительный источник 16 питания подключена к выводу питания дифференциального усилителя 14, неинвертирующий вход которого соединен с выходом делителя 17 напряжения, который подключен параллельно нагрузке 7, выход дифференциального усилителя 14 соединен с базой второго транзистора 1-2.

Дифференциальный усилитель 14 содержит два транзистора 18 и 19, тип проводи- мости которых противоположен типу проводимости транзисторов 1--1 - 1-N переклю

5 п

5 5

0

5

0

0

5

чателя, и два резистора 20 и 21, причем эмиттеры транзисторов 18 и 19 объединены и через один резистор 20 подключены к обпхей HiHiic II, псрв1э1Й вывод другого резистора 21 соединен с выходом дифференциального усилителя 14, а второй - с коллектором одного транзистора 18, база которого подключена к инвертирующему входу дифференциального усилителя 14, база и коллектор другого транзистора 19 соответственно соединены с неинвертируюн.1,им входом и выводом питания диффренциального усилителя 14.

Высоковольтный переключатель работает следующим образом,

В исходном состоянии в паузах между импульсами управления все транзисторы 1 - 1 - 1 - N заперты и происходит заряд конденсаторов 9-1 - 9-N от источника 13 питания. Так, конденсатор 9-1 заряжается по цепи: источник 13, резистор 8-1, конденсатор 9-1, диод 2-2, диод 4-1, общая тина 11, источник 13. Аналогично заряжаются остальные конденсаторы. Токи заряда, протекая через диоды 2-2 - 2-N создают на них отрицательные перепады напряжения, приложенные к базам транзисторов 1 - 2 -- 1-N. что обеспечивает их запирание и уменьщенное время включения. Все конденсаторы 9-1 - 9-N заряжаются до напряжения Е источника 13 питания с полярностью, указанной на чертеже.

При подаче импульса положительной полярности от источника 12 управляющих сигналов на базу первого транзистора 1 - 1 последний отпирается и к резисторам 3-2 и 5-I прикладывается отрицательный перепад напряжения относительно общей щины 11, равный напряжению Е на конденсаторе 9-1 и запирающий диоды 2-2 и 4-1. На резисторе 3-2 и база-эмиттерном переходе транзистора 1-2 образуется положительный перепад напряжения. В результате отпирается транзистор 1-2. Аналогичным образом происходит включение всех последующих транзисторов 1-3 - 1-N.

В результате к нагрузке 7 прикладывается отрицательный импульс напряжения с амплитудой N-E, равной су.мме напряжений на последовательно включенных конденсаторах 9-1 - 9-N.

После окончания положительного импульса управления на базу транзистора 1 - 1 подается запирающий отрицательный импульс, напряжение на коллекторе транзистора 1 - 1 возрастает до величины Е. После этого через резистор 8-1 и диоды 2-2 и 4-1 начинает аналогично описанному идти ток до- заряда конденсатора 9-1, образующий при этом отрицательный перепад напряжения на резисторе 3.2, который обеспечивает быстрое запирание транзистора 1-2. Аналогично описанному происходит запирание всех последующих транзисторов 1-3 - 1-N.

В результате на нагрузке формируется спад импульса и элементы переключателя возвращаются в исходное состояние.

В процессе запирания транзисторов Ь- 1 1 - N переключателя (вследствие разброса величин времен рассасывания неосновных носителей заряда) может возникнуть ситуация, при которой после запирания транзистора 1 - 1 последующие транзисторы 1-2 - 1-N в течение некоторого времени еще остаются открытыми. В результате к коллектору транзистора 1 - 1 в течение этого времени может быть приложено суммарное напряжение, примерно равное N-E, вующее на всех последовательно соединенных через транзисторы 1-2 - 1-N конденсаторах 9-1 - 9-N.

Однако при этом произойдет отпирание диода 10-1, благодаря чему обеспечится путь для разряда конденсаторов 9-1 - 9-N через нагрузку 7 на источник 13 питания. Величина напряжения на коллекторе транзистора 1 - 1 в этих условиях не превысит величину напряжения Е источника питания 13. Аналогично будут защищены и другие транзисторы в результате отпирания диодов 10-2 - 10-N.

Стабилизация амплитуды выходных им- пульсов достигается следующим образом. При отпирании транзистора 1 - 1 ток базы транзистора I-2 протекает через резистор 5-1 и конденсатор 9-1. Часть этого тока может протекать также через резистор 21, переход коллектор - эмиттер транзистора 18 и резистор 20 в дифференциальном усилителе 14. Если амплитуда выходных импульсов превыщает заданное номинальное значение из-за возрастания напряжения источника 13 питания, то величина импульса напряжения на выходе делителя 17 напря- жения и неинвертирующем входе дифференциального усилителя 14 становится больще, чем величина напряжения источника 15 опорного напряжения. В результате ток коллектора транзистора 19, идущий от дополни- тельного источника 16 питания, увеличивается, а ток коллектора транзистора 18 уменьшается. Соответственно становятся меньше токи базы и коллектора транзис

0

5

0

5 5

0

тора 1-2, токи базы и коллектора последую- щих транзисторов по этой причине также становятся меньще. Величина падения напряжения на открытых транзисторах 1-2 - I-N возрастает, а напряжение на нагрузке 7 остается неизменным.

Стабильность амплитуды выходных импульсов предлагаемого высоковольтного переключателя выше, чем у известных высоковольтных переключателей за счет регулирования внутреннего сопротивления высоковольтного переключателя с помощью цепи отрицательной обратной связи.

Формула изобретения

1. Высоковольтный переключатель по авт. св. „NO 1162031, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности амплитуды выходных импульсов, введены дифференциальный усилитель, источник опорного напряжения, дополнительный источник питания и делитель напряжения, причем инвертирующий вход дифференциального усилителя через источник опорного напряжения соединен с общей шиной, которая через дополнительный источник питания подключена к выводу питания дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с выходом делителя напряжения, который подключен параллельно нагрузке, выход дифференциального усилителя соединен с базой второго транзистора.

2. Переключатель по п. 1, отличающийся тем, что дифференциальный усилитель содержит два транзистора, тип проводимости которых противоположен типу проводимости транзисторов переключателя, и два резистора, причем эмиттеры транзисторов объединены и через один резистор подключены к общей щине, первый вывод другого резистора соединен с выходом дифференциального усилителя, а второй - с коллектором одного транзистора, база которого подключена к инвертирующему входу дифференциального усилителя, база и коллектор другого транзистора соответственно соединены с неинвертирующим входом и выводом питания дифференциального усилителя.

Изобретение относится к импульсной технике. Может быть использовано в импульсных передатчиках. Является дополнительным изобретением к авторскому свидетельству № 1162031. Цель изобретения - повышение стабильности амплитуды выходных импульсов - достигается за счет регулирования внутреннего сопротивления высоковольтного переключателя (ВП) с помощью цепи обратной связи. ВП содержит N транзисторов 1 - 1 - 1-N, N первых диодов 2-1 - 2-N, N первых резисторов 3-1 - 3-N, N- 1 вторых диодов 4-1 - 4-(N-1), N-1 вторых резисторов 5-1 - 5-(N-1), третий диод 6, нагрузку 7, N третьих резисторов 8-1 - 8-N, N конденсаторов 9-1 - 9-N, N четвертых диодов 10-1 - 10-N, общую шину 11, источник питания 13. Для достижения поставленной цели в ВП дополнительно введены дифференциальный усилитель 14 на транзисторах 18 и 19, резисторах 20 и 21, источник 15 опорного напряжения, дополнительный источник 16 питания и делитель 17 напряжения. Стабильность амплитуды выходных импульсов данного переключателя выше, чем у аналогичных известных переключателей за счет использования регулирующей цепи отрицательной обратной связи. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. to (Л Г5 3№ N3 оо .i со 05 N)