Формирователь импульсов наносекундной регулируемой длительности Советский патент 1987 года по МПК H03K5/01 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах наносекундного диапазона контрольно-измерительной аппаратуры, а также в системах связи.

Цель изобретения - уменьшение длительности среза выходного импульса и расширение диапазона длительности выходного сигнала.

На чертеже представлена электрическая принципиальная схема устройства.

Формирователь импульсов наносекунд- ной регулируемой длительности содержит первый 1 и второй 2 транзисторы одинаковой проводимости, в котором эмиттер второго транзистора 2 подключен к первой шине 3 источника питания, коллектор его подключен через первый конденсатор 4 к выходной шине 5, а через первый резистор 6 - к второй шине 7 источника питания, а база его соединена с эмиттером первого транзистора и через второй резистор 8 - с шиной 3 источника питания, коллектор первого транзистора 1 через третий резистор 9 подключен к второй шине 7 источника питания, а его база подключена к источнику 10 входных импульсов, а параллельно переходу база-эмиттер первого транзистора 1 включен четвертый резистор 11, второй конденсатор 12, пятый резистор 13, электромагнитное реле 14 и шестой резистор 15, причем цепь последовательно соединенных пятого резистора 13 и контактов электромагнитного реле 14 включена параллельно переходу база-эмиттер второго транзистора 2, а цепь из последовательно соединенных второго конденсатора 12 и шестого резистора 15 включена параллельно переходу база-коллектор первого транзистора 1, обмотка электромагнитного реле 14 подключена между первой шиной 3 источника питания и шиной 16 управления.

Формирователь работает следующим образом.

В исходном положении первый транзистор 1 и второй транзистор 2 каскада закрыты, конденсаторы 4 и 12 заряжены до напряжения, близкого к напряжению источника питания. При подаче на базу первого транзистора 1 через разделительный конденсатор источника 10 входных импульсов с крутым фронтом, первый транзистор 1 быстро открывается, при этом источник питания подключается к переходу база-эмиттер второго транзистора 2 через открытый первый транзистор 1 и третий резистор 9, что позволяет предельно быстро ввести заряды в базу второго транзистора 2, включить его и ввести в насышение. При этом на вь ходной шине 5 формируется фронт выходного импульса. Уровень насыш,ения второго транзистора 2 зависит от величины тока эмиттера первого транзистора 1, который .управляется при помоши цепи, состоящей из (пе0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ременного) шестого резистора 15, второго конденсатора 12 и четвертого резистора И.

При открытом транзисторе 1 разделительный конденсатор источника 10 входных импульсов разряжается по цепи второй конденсатор 12 (переменный) шестой резистор 15, открытый переход коллектор-эмиттер первого транзистора 1, четвертый резистор 11. Поскольку последний включен параллельно переходу база-эмиттер первого транзистора 1, то падение напряжения на нем, вызванное протеканием тока разряда разделительного конденсатора источника 10 входных импульсов, определяет величину смещения транзистора 1. При изменении величины сопротивления переменного шестого резистора 15 изменяется ток разряда второго конденсатора 12, что вызывает изменение смещения перехода база-эмиттер первого транзистора 1 и изменение тока эмиттера транзистора 1, что равносильно изменению сопротивления открытого перехода коллектор-эмиттер транзистора 1.

Уменьшение величины сопротивления переменного шестого резистора 15 вызывает увеличение тока разряда второго конденсатора 12, увеличение падения напряжения на четвертом резисторе 11, а значит уменьшение положительного смещения перехода база-эмиттер транзистора 1, уменьшению тока эмиттера транзистора 1, т. е. увеличению сопротивления коллектор-эмиттер транзистора 1. Уменьшение тока эмиттера транзистора 1 приводит к уменьшению его составляющей, которая протекает по цепи: источник питания, третий резистор 9, открытый переход коллектор-эмиттер транзистора 1, открытый переход база-эмиттер транзистора 2, первая щина источника питания, что уменьшает уровень насыщения транзистора 2.

Замкнутые контакты электромагнитного реле 14 представляют собой индуктивность. Индуктивность не влияет на формирование фронта выходного импульса, так как ток через индуктивность скачком измениться не может, а индуктивность во время формирования фронта выходного импульса имеет большое сопротивление. В дальнейшем происходит перераспределение тока эмиттера транзистора 1. С постоянной времени, определяемой отношением величины индуктивности к сумме сопротивлений перехода коллектор-эмиттер транзистора 1, третьего резистора 9 и пятого резистора 13, уменьшается составляющая тока эмиттера, протекающая через открытый переход транзистора 2 и увеличивается составляющая тока эмиттера, протекающая через цепь из последовательно соединенных индуктивности и пятого резистора 13. Через некоторое время почти весь ток эмиттера транзистора 1 протекает через индуктивность и резистор 13,

ток, вытекающий в базу транзистора 2, становится равным нулю. В этот момент начинается быстрый вывод неосновных носителей из базы транзистора 2 через цепь из последовательно соединенных индуктивности и резистора 13, причем последний выбран небольшого номинала в единицы Ом. При этом происходит запирание транзистора 2 с быстродействием, близким к предельному, и формирование среза выходного импульса.

Процесс запирания транзистора 2 состоит из двух этапов.

На первом этапе происходит вывод избыточного заряда, вызванного накоплением неосновных носителей в базе транзистора 2, из базы транзистора 2. На втором этапе происходит разряд паразитной емкости база-эмиттер транзистора 2 выходного ключевого каскада и формируется срез выходного импульса формирователя на выходной шине 5. Образуется при этом параллельный колебательный контур из небольшой индуктивности в единицы наногенри небольшого резистора 13 в единицы Ом и паразитной емкости база-эмиттер транзистора 2 в десятки пикофарад с периодом собственных колебаний около наносекунды. При разрядке паразитной емкости база-эмиттер транзистора 2 ток разряда вытекает из базы транзистора 2, поэтому напряжение полупериода колебаний колебательного контура имеет отрицательный знак. Амплитуда напряжения первого полупериода колебаний достаточна для предельно быстрого закрывания транзистора 2 выходного ключевого каскада. Процесс формирования выходного импульса на выходной шине 5 заканчивается. Для устранения возможности вторичного открывания транзистора 2 положительной полуволной колебаний колебательного контура включен резистор 13, уменьшающий добротность колебательного контура. Плавная регулировка длительности выходного импульса осуществляется изменением величины сопротивления переменного шестого резистора 15. При максимальном сопротивлении переменного резистора 15 выходной импульс формирователя на выходной шине 5 имеет максимальную длительность. В этом случае сопротивление открытого перехода эмиттер-коллектор транзистора 1 минимально, что приводит к наибольшему -уровню насыщения транзистора 2 и наибольшему времени заряда индуктивности (максимальна постоянная времени заряда индуктивности по цепи: источник питания, третий резистор 9, открытый переход эмиттер-коллектор транзистора 1, индуктивность, резистор 13, первая шина источника питания). При минимал ном сопротивлении переменного резистора 15 выходной импульс формирователя на выходной шине 5 имеет минимальную длительность.

0

15

0

5

0

5

0

5

0

5

так как сопротивление открытого перехода эмиттер-коллектор транзистора 1 максимально.

При подаче управляюшего сигнала происходит размыкание контактов электромагнитного реле 14. В формировании фронта выходного импульса никаких изменений не происходит. Уровень насыщения транзистора 2 зависит от величины тока эмиттера транзистора 1, который управляется при помощи цепи, состоящей из переменного резистора 15, конденсатора 12 и резистора 11. По окончании входного импульса на базе транзистора 1 происходит запирание транзистора 2. Процесс запирания транзистора 2 как и ранее состоит из двух этапов: вывода избыточных зарядов из базы транзистора 2 и разряда паразитной емкости база-эмиттер транзистора 2, которые происходят через резистор 8. Отключение цепи из последовательно соединенных индуктивности и резистора 13 приводит к увеличению длительности выходного импульса на выходной шине 5 в 10-15 раз при сохранении регулировки длительности выходного импульса с помощью переменного резистора 15. Кроме того, происходит увеличение длительности среза выходного импульса. Длительность среза выходного импульса на выходной шине 5 имеет тот же порядок, что и длительность среза выходного импульса известного формирователя.

Формула изобретения

Формирователь импульсов наносекунд- ной регулируемой длительности, содержащий первый и второй транзисторы одинаковой проводимости, эмиттер второго транзистора подключен к первой шине источника питания, коллектор его подключен через первый конденсатор к выходной шине, через первый резистор - к второй шине источника питания, а база его соединена с эмиттером первого транзистора и через второй резистор соединена с первой шиной источника питания, коллектор первого транзистора через третий резистор подключен к второй шине источника питания, а его база подключена к источнику входных импульсов, а параллельно пере.ходу база-эмиттер первого транзистора включен четвертый резистор, второй конденсатор, отличающийся тем, что, с целью уменьшения длительности среза выходного импульса и расширения диапазона длительности выходного сигнала, в него введены пятый резистор, электромагнитное реле и щестой резистор, причем цепь последовательно соединенных пятого резистора и контактов электромагнитного реле включена параллельно переходу база-эмиттер второго транзистора, а цепь последователь13362135Ь

но соединенных второго конденсатора и шее-обмотка электромагнитного реле подключетого резистора включена параллельно пере-на между первой шиной источника питания

ходу база-коллектор первого транзистора,и шиной управления.

Изобретение может быть использовано в устройствах наносекундного диапазона контрольно-измерительной аппаратуры, а также системы связи. Целью изобретения является уменьшение длительности среза выходного импульса и расширение диапазона длительности выходного сигнала. Для достижения цели в формирователь дополнительно введены резисторы 13 и 15 и электромагнитное реле 14. Формирователь также содержит транзисторы 1 и 2 одного типа проводимости, шины 3 и 7 источника питания, конденсаторы 4 и 12, выходную шину 5, резисторы 6, 8, 9, 11, источник 10 входных импульсов, шину 16 управления. Плавная регулировка длительности выходного импульса осуш,ествляется переменным резистором 15. Длительность среза выходного импульса на шине 5 предложенного формирователя имеет тот же порядок, что и длительность среза выходного импульса формирователя, принятого за прототип. 1 и,а. 5fi (Л САЭ СО Oi rsD СО - J