Устройство для формирования прямоугольных импульсов Советский патент 1987 года по МПК H03K5/12 

1

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

Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности,

На фиг.1 приведена схема устройства для формирования прямоугольных импульсов; на фиг.2 - эпюры напряжений.

Устройство для формирования прямоугольных импульсов содержит первый транзистор 1, первый резистор 2, первый импульсный трансформатор 3, стабилитрон 4, второй резистор 5, пятый резистор 6, второй транзистор 7, первый дифференцирующий каскад 8, первый корректирующий усилитель 9, второй импульсный трансформатор 10, третий транзистор I1, второй дифференцирующий каскад 12, второй корректирующий усилитель I3, третий импульсный трансформатор 14, третий резистор 15, четвертый резистор 16.

База первого транзистора 1 через первый резистор 2 соединена с концом вторичной обмотки первого импульсного трансформатора 3, а эмиттер .через стабилитрон 4 соединен с началом вторичной обмотки первого импульсного трансформатора 3, причем стабилитрон подключен анодом к эмиттеру. Между началом вторичной обмотки первого импульсного трансформатора 3 и общей

шиной включен второй резистор 5, кол- jr первый резистор 2 подается на вход

лектор первого транзистора I через пятый резистор 6 подключен к положительной клемме источника питания, а эмиттер - к отрицательной клемме источника смещения. Коллектор второго 40 транзистора 7 соединен с выходом формирователя импульсов, а эмиттер подключен к отрицательной клемме источника смещения. Вход первого корректирующего усилителя 9 соединен с вьпсо- 45 дом первого дифференцирующего каскада 8, первичная обмотка второго импульсного трансформатора 10 подключена параллельно выходу первого корректирующего усилителя 9, база третьего 50 транзистора 1 1 соединена с началом,а змиттер - с концом вторичной обмотки второго импульсного трансформатора 10, коллектор - с положительной клеммой источника питания. Вход второго 55 корректирующего усилителя 13 соединен с выходом второго дифференцирующего каскада 12, первичная обмотка третьего импульсного трансформатора

транзистора 1. Полярность импульса на вторичной обмотке выбрана так, что напряжение на вторичной обмотке является запирающим для трназистора 1. Транзистор 1 запирается, при это положительное напряжение питания через резисторы 6, 15 и 16 пос тупает на выход формирователя импул сов. Форма импульса напряжения на коллекторе первого транзистора 1 пр ведена на фиг.25..

Одновременно запускающий импульс поступает на первый 8 и.второй 12 дифференцирующие каскады. Первый ди ференцирующий каскад 8, выполненный например, в виде CR-цепочки с диодо формирует пик напряжения положитель ной полярности, совпадающий с перед ним фронтом запускающего импульса. Это напряжение поступает на вход пе вого корректирующего усилителя 9, в полненного, например, в виде транзи торного ключа с пороговым устройством на входе. Напряжение с выхода пе

2855752

14 подключена параллельно выходу второго корректирующего усилителя 13, начало вторичной обмотки - к базе, а конец - к эмиттеру второго транзис- J тора 7. Последовательно соединенные третий 15 и четвертый 16 резисторы включены между коллектором первого транзистора 1 и выходом устройства, точка соединения третьего 15 и чет- fO вертого 16 резисторов соединена с эмиттером третьего транзистора П.. На входы первого 8 и второго 12 дифференцирующих каскадов, соединенные с началом первичной обмотки первого импульсного трансформатора 3, подан запускающий импульс.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии запускающего импульса ток от источника смещения -Е,, протекающий через второй резистор 5 (фиг.1) и стабилитрон 4, образует на стабилитроне 4 падение напряжения, которое открывает транзистор 1. Транзисторы 7 и 11 находятся в закрытом состоянии. Отрицательное напряжение -Ej., через открытый транзистор I , резисторы 15 и 16 поступает на выход формирователя импульсов.

15

20

25

30

В момент времени t , на вход формирователя импульсов поступает запускающий импульс (фиг.2я), который через первый импульсный трансформатор 3 и

первый резистор 2 подается на вход

транзистора 1. Полярность импульса на вторичной обмотке выбрана так, что напряжение на вторичной обмотке является запирающим для трназистора 1. Транзистор 1 запирается, при этом положительное напряжение питания через резисторы 6, 15 и 16 поступает на выход формирователя импульсов. Форма импульса напряжения на коллекторе первого транзистора 1 приведена на фиг.25..

Одновременно запускающий импульс поступает на первый 8 и.второй 12 дифференцирующие каскады. Первый дифференцирующий каскад 8, выполненный, например, в виде CR-цепочки с диодом, формирует пик напряжения положительной полярности, совпадающий с передним фронтом запускающего импульса. Это напряжение поступает на вход первого корректирующего усилителя 9, выполненного, например, в виде транзисторного ключа с пороговым устройством на входе. Напряжение с выхода первого корректирующего усилителя 9 (фиг.26) через второй импульсный трансформатор 10 поступает на вход третьего транзистора 11 и открывает его. Длитепьность импульса , первого корректирующего усилителя 9, а следовательно, и третьего транзистора 11 выбирается при помощи постоянной времени первого дифференцирующего каскада 8 такой, чтобы она несколько пре-н вышала длительность переходного процесса на фронте импульса первого транзистора 1. При открывании третьего транзистора 11 положительное напряжение источника питания +Е,

подается в точку соединения третьего 15 и четвертого 16 резисторов, а следовательно, и на выход формирователя импульсов. При этом выходное напряжение формирователя в течение длительности фронта импульса первого транзистора 1 принудительно фиксируется на уровне +Е открытым транзистором 11. Форма импульса напряжения в точке соединения третьего 15 и четвертого 16 резисторов приведена на фиг.2а.

Второй дифференцирующий каскад 12 выполненный, например, в виде CR-це- почки с диодом и инвертором на транзисторном усилителе с общим эмиттером, формирует в момент времени t пик напряжения положительной полярности, совпадающий со спадом запускающего импульса. Это напряжение поступает на вход второго корректирующего усилителя 13, выполненного аналогично первому корректирующему усилителю 9. Напряжение с выхода второго корректирующего усилителя 13 (фиг.2г.) поступает в той же полярности через третий импульсный трансформатор 14 на вход второго транзистора 7 и открывает его. Длительность импульса t второго корректирующего усилителя 13, а следовательно, и второго транзистора 7 выбрана при помощи постоянной времени второго дифференцирующего каскада 12 такой, чтобы она несколько превьппала длительность nep. го процесса на спаде импульса первого транзистора 1. При открывании второго транзистора 7 отрицательное напряжение источника смещения Е. поступает непосредственно на выход формирователя импульсов. Поскольку в течение длительности импульса второго транзистора 7 переходный процесс

O

открывания первого транзистора I завершается, то после этого на выходе формирователя импульсов величина напряжения остается равной -Е , т.е.

5

0

схема переходит в исходное состояние. Результирующий выходной импульс приведен на фиг.2е.

Таким образом, формирование импульсов происходит в три этапа (фиг.2). На первом этапе от t до t +Г, выходное напряжение формирова теля импульсов обусловлено открытым третьим транзистором И, на втором этапе - от t + t яо t - закрытым первым транзистором 1,а на тоетьем этапе - от t, до tj +t, - открытым вторым транзистором 7.

Суммирование напряжений от трех транзисторных каскадов осуществляется при помощи резисторов 6, 15 и 16, величина которых выбирается в зависимости от требуемых выходных напряжений и тока потребления нагрузки (например, управляющей сетки лампы).

Кроме того, применение суммирующих резисторов 6, 15 и 16 позволяет одновременно повысить надежность формирователя импульсов, поскольку схема предлагаемого устройства не допускает режима перегрузки (короткого замыкания), так как при любых комбинациях включения транзисторов в цепи источников +Е и Е, обязательно включен один из указанных резис- 5 торов.

При применении в схеме одного импульсного трансформатора его параметры должны позволять передать импульс большой длительности, вследствие чего его объем сердечника и размеры будут большими, так как эта величина пропорциональна длительности импульса L :

0Тм

2r,. ... 0

5

0

0

5

V

сера

где V,

0

сесд Нгк.

Р лр5

(4(Э)

объем сердечника импульсного трансформатора; кажущаяся магнитная проницаемость сердечника; относительный спад вершины импульса;

изменение магнитной индук- ции за время импульса; импульсная мощность.

Длительность фронта, передавае- мая импульсным трансформатором, зависит от индуктивности рассеяния Lg

и полной емкости обмоток и нагрузки с :

,,..

В свою очередь параметры L и С зависят от геометрических размеров трансформатора, т.е. от дпительности передаваемого импульса t ц. . I . .- ..

Трансформаторы 10 и 14 формирователя импульсов рассчитаны на передачу импульса, длительность которого приблизительно равна длительности фронта и спада импульса, передаваемого трансформатором 3, т.е. Обычно в импульсных трансформаторах Т йО,05-0,1Т, , поэтому трансформаторы 10 и 14 должны иметь объем, исходя из формулы (1), в 10-20 раз меньше, чем импульсный трансформатор 1. В этом случае можно считать, что произведение L С для этих трансформаторов будет во столько же раз меньше, следовательно длительность фрон10

15

20

ли чающееся тем, что с целью повьппения быстродействия и надежности, в него введены два дифференцирующих каскада, два корректи- РУЮ1ЦИХ усилителя, третий транзистор, стабилитрон, два импульсных трансформатора, причем начало вторичной обмотки второго импульсного трансформатора соединено с базой третьего транзистора, а конец - с эмиттером третьего транзистора, начало вторичной обмотки третьего импульсного трансформатора соединено с базой второго .транзистора, а конец - с эмиттером второго транзистора, начало вторичной обмотки первого импульсного трансформатора соединено с эмиттером первого транзистора через стабилитрон и с общей шиной через второй резистор, причем стабилитрон соединен анодом с эмиттером, коллектор первого транзистора соединен с плю- совой шиной источника питания через резистор и с выходной шиной.

та и спада предлагаемого формировате- устройства через последовательно сое- ля импульсов будет в (0-20)3,2- 4,5 раза меньше, а его быстродействие соответственно в 3,2-4,5 раза выш е.

диненные третий и четвертый резисторы, точка соединения которых соединена с эмиттером третьего транзистора, коллектор третьего транзистора соединен с положительной шиной источника питания, эмиттер первого транзистора соединен с отрицательной шиной источника смещения, выходы первого и второго дифференцирующих каскадов соединены соответственно с входами первого и второго корректирующих усилителей, к выходу первого корректирующего усилителя параллельно присоединена первичная обмотка второго импульсного трансформатора, с выходом второго корректирующего усилителя соединена первичная обмотка третьего импульсного трансформатора, входы первого и второго дифференцирующих каскадов соединены с входной шиной.

Формула изобретения

Устройство для формирования прямоугольных импульсов, содержащее первый и второй транзисторы, первый им- пульсный трансформатор, база первого транзистора соединена с концом вторичной обмотки первого трансформатора через первый резистор, начало пер- вичйой обмотки соединено с входной ши- ной устройства, конец первичной обмотки соединен с общей шиной, эмиттер второго транзистора соединен с минусовой шиной источника смещения, коллектор второго транзистора соединен с выходной шиной устройства, о т

0

5

0

ли чающееся тем, что с целью повьппения быстродействия и надежности, в него введены два дифференцирующих каскада, два корректи- РУЮ1ЦИХ усилителя, третий транзистор, стабилитрон, два импульсных трансформатора, причем начало вторичной обмотки второго импульсного трансформатора соединено с базой третьего транзистора, а конец - с эмиттером третьего транзистора, начало вторичной обмотки третьего импульсного трансформатора соединено с базой второго .транзистора, а конец - с эмиттером второго транзистора, начало вторичной обмотки первого импульсного трансформатора соединено с эмиттером первого транзистора через стабилитрон и с общей шиной через второй резистор, причем стабилитрон соединен анодом с эмиттером, коллектор первого транзистора соединен с плю- совой шиной источника питания через резистор и с выходной шиной.

устройства через последовательно сое-

0

5 0

5

диненные третий и четвертый резисторы, точка соединения которых соединена с эмиттером третьего транзистора, коллектор третьего транзистора соединен с положительной шиной источника питания, эмиттер первого транзистора соединен с отрицательной шиной источника смещения, выходы первого и второго дифференцирующих каскадов соединены соответственно с входами первого и второго корректирующих усилителей, к выходу первого корректирующего усилителя параллельно присоединена первичная обмотка второго импульсного трансформатора, с выходом второго корректирующего усилителя соединена первичная обмотка третьего импульсного трансформатора, входы первого и второго дифференцирующих каскадов соединены с входной шиной.

Изобретение относится к т-шульс- ной технике и может быть использовано в промьтшен1Пз1х импульсных генераторах. Цель изобретения - по.чышение быстродействия достигается введением в устройство двух импульсных трансформаторов 3 и 10, стабилитрона 4, . двух дифференцирующих каскадов 8 и 12, двух корректирующих усилителей 9 и 13 и транзистора II. Устройство также содержит транзисторы 1 и 7, резисторы 2, 5, 6, 15 и 16, трансформатор 14. Трансформаторы 10 и 14 должны иметь объем в десять-двадцать раз меньше, чем импульсный трансформатор 3. В этом случае быстродейст- вие устройства будет в 3,2-4,5 раза выше, чем в случае применения однох о трансформатора. В устройстве по сравнению с прототипом сокращено время нарастания каждого из фронтов импульсов примерно на 2,4 мкс, что также обеспечивает повышение быстродействия и увеличение частоты подаваемых импульсов. 2- ил. (Л в Епит 16 На 8мд to 00 СП ел ел Есп Фиг1