Формирователь импульсов Советский патент 1974 года по МПК H03K5/01 

1

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам для формирования импульсов.

Известен формирователь импульсов по авт. св. № 312374.

Однако известное устройство имеет ряд существенных недостатков.

Недостаточно полно используется быстродействие транзисторов. Это вызвано тем, что невозможно в широком диапазоне частот и амплитуд входного сигнала выбрать оптимальный режим работы шунтирующего транзистора, что приводит к снижению предельной частоты работы и надежности формирователя.

Выбор режима работы шунтирующего транзистора производится резистором, включенным между его базой и входным туннельным диодом. К величине этого резистора предъявляется ряд противоречивых требований. Малая величина резистора приводит к увеличению степени насыщения шунтирующего транзистора и, следовательно, увеличению времени его выключения. С ростом входной частоты шунтирующий транзистор уже не успевает закрываться в течение того времени, когда входной туннельный диод находится в низковольтном состоянии. Это ведет к уменьшению тока, переключаемого диодно-резистивным переключателем в базу транзистора выходного каскада, на величину остаточного коллекторнего тока незакрытого шунтирующего транзистора и, следовательно, к исчезновению выходных импульсов формирователя. Величину базового резистора нельзя и завышать, так как это может привести к тому, что для транзисторов с малым статическим коэффициентом усиления базовый ток будет недостаточен для насыщения.

С другой стороны, в широком динамическом диапазоне входных сигналов диапазон изменения напряжения на входном туннельном диоде также широк, что еще более ослол няет выбор оптимальной величины базового резистора шунтирующего транзистора.

Цель изобретения - повысить быстродействие и надежность формирователя и расширить динамический диапазон входных сигналов.

Для этого вход диодно-резистивного переключателя тока, выполненного на обращенном диоде, через дополнительный резистор соединен с источником питания и через дополнительный обращенный диод - с выходным туннельным диодом, а параллельно эмиттернобазовому переходу шунтирующего транзистора подключен дополнительный туннельный диод.

На фиг. 1 дана принципиальная схема предлагаемого формирователя; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Схема содержит ограничительный резистор 1, подключенный к входному туннельному диоду 2. Обращенный диод 3 и резистор 4 образуют диодно-резистивный переключатель тока, выход 5 которого подключен к базе транзистора 6 выходного каскада. В эмиттер этого транзистора включен туннельный диод 7, а в коллектор - резистор 8. К выходу 5 подключен коллектор шунтирующего транзистора 9, база которого соединена с дополнительным туннельным диодом 10, а через резистор 11 - с входом 12 днодно-резистивного переключателя тока, дополнительным обращенным диодом 13 и одним выводом дополнительного резистора 14, второй вывод которого соединен с источником питания формирователя.

Временные диаграммы работы формирователя приведены на фиг. 2, где

- напряжение на входе;

6д2 - напряжение на входном туннельном диоде 2;

f/12 - напряжение на входе 12 диодно-резистивпого переключателя тока;

Us, - напряжение на выходе 5 этого переключателя;

дзпр, /д1зпр - напряжения на смещенных в прямом направлении обращенных диодах 3 и 13 (надения напряжения на них малы);

дзобр - напряжение на смещенном в обратном направлении обращенном диоде 3 (падение напряжения на нем велико);

{Удю - напряжение на дополнительном туннельном диоде 10;

д7 - напряжение на выходном туннельном диоде 7.

При отсутствии сигнала на входе туннельный диод 2 находится в низковольтном состоянии (рабочая точка на туннельной ветви характеристики). Через резисторы 4 и 14, диоды 3, 13 и 2 протекает начальный ток смещения (меньщий ннкового тока диода 2), вызывающий на прямосмещенных обращенных диодах 3 и 13 падения напряжения t/дзпр и д1зпр (см. фиг. 2). Суммой этих напряжений транзистор 6 выходного каскада смещен в сторону отнирания. Так как напряжение на выходе 12 мало (бдзпр на фиг. 2), то туннельный диод 10 находится в низковольтном состоянии, ток через него мал, а щунтирующий транзистор 9 закрыт.

Если на вход схемы поступает нарастающий сигнал, то под действием его в момент (1 фиг. 2) достижения порога срабатывания туннельный диод 2 скачком переключается в высоковольтное состояние (на вторую восходящую ветвь характеристики). При этом обращенный диод 13 закрывается. Напряжение на входе 12 диодно-резистивного переключателя возрастает за счет падения напряжения на резисторе 11 от тока дополнительного резистора 14. Этот ток меньще пикового тока туннельного днода 10, поэтому последний находится еще в низковольтном состоянии. Рост напряжения на входе 12 вызывает запирание обращенного диода 3 и переключение тока резистора 4 в базу транзистора 6. Это приводит к отпиранию последнего и как следствие переключению туннельного диода 7 в высоковольтное состояние, т. е. на выходах формирователя в момент /2 появляются сигналы. Переключение диода 7 вызовет повыщение напряжения на выходе 5 диодно-резистивного переключателя, ток резистора 4 через днод 3 потечет на вход 12 переключателя тока в базовую пепь

щунтирующего транзистора. Этот ток намного превыщает пиковый ток туннельного диода 10, поэтому последний форсированно переключается в высоковольтное состояние, при этом транзистор 9 открывается в момент /з и щунтирует выход 5, что приводит к запиранию транзистора 6. Туннельный диод 7 переключается обратно в низковольтное состояние. Шунтирование выхода 5 приводит к тому, что обращенный диод 3 пробивается в направлении

обратного смещения напряжения на входе 12. Теперь часть тока резистора 14 ответвляется через обращенный диод 3 в коллектор щунтирующего транзистора 9. Напряжение на входе 12 снижается до величины падения напряжения на диоде 3 в обратном направлении (на временной диаграмме - дзоор) плюс напряжение на коллекторе насыщенного транзистора 9, а базовый ток этого транзистора снижается до величины, обеспечивающей минимальное время восстановления этого транзистора. Ток через туннельный диод 10 теперь мал, но превыщает его ток минимума, поэтому диод 10 остается в высоковольтном состоянии.

Дифференциальное сопротивление обращенного диода при пробое в обратном направлении мало, поэтому с помощью диода 3 осуществляется жесткая фиксация напряжения на входе 12, а следовательно, и базового тока

щунтирующего транзистора.

Такое состояние схемы - транзистор 6 и диод 13 закрыты, транзистор 9 открыт, туннельный диод 10 в высоковольтном состоянии - будет продолжаться в течение времени

действия входного сигнала до момента /4, когда ток через входной туннельный диод станет меньще тока минимума. После этого диод 2 переключигся в исходное низковольтное состояние. При этом диод 13 откроется, напряжение на входе 12 упадет, и туннельный диод 10 возвратится в низковольтное состояние, а транзистор 9 закроется; обращенный днод 3 сместится в прямом направлении током резистора 4.

Таким образом, в схеме установится состояние, аналогичное описанному при отсутствии входного сигнала.

Пока туннельный диод 2 находится в высоковольтном состоянии, обращенный

диод 13 закрыт и полностью отделяет диод 2 от входа 12, т. е. от базовой цени транзистора 9. Это исключает влияние амплитуды входного сигнала на степень насыщения транзистора 9 и позволяет оптимизировать ток его

базы. Переключение туннельного диода 10 в

высоковольтное состояние и соответственно включение шунтирующего транзистора 9 согласовано по времени с переключением выходного тупнельного диода 7 в высоковольтное состояние через диод 3. Форсированное включение диода 10 и транзистора 9 током резисторов 4 и 14 определяет малую длительность импульсов на выходах формирователя, а снижение и фиксация базового тока шунтирующего транзистора 9 после его включения обращенным диодом 3 уменьщает степень насыщения и время восстановления транзистора 9. Этому же способствует малое дифференциальное сопротивление первой восходящей ветви туннельного диода 10 после его переключения па эту ветвь (в момент t возвращения устройства в исходное состояние).

Таким образом, в некоторый момент действия нарастающего сигнала схемой формируются короткие импульсы положительной и отрицательной полярностей. При этом из принципа работы схемы видно, что частота следоо-си

вания входных сигналов может быть сколь угодно малой. Верхняя граница частоты определяется частотными свойствами применяемых полупроводниковых приборов и существенно превыщает предел, достигаемый прототипом.

Предмет изобретения

Формирователь импульсов по авт. св. № 312374, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности формирователя и расширения динамического диапазона входных сигналов, вход диодно-резистивного переключателя тока, выполненного на обращенном диоде, через дополнительный резистор соединен с источником питания и через дополнительный обращеппый диод - с входным туннельным диодом, а параллельно эмиттерно-базовому переходу шунтирующего транзистора подключен дополнительный туннельный диод.

Г-о -f и

IT

-4-7.