Формирователь высоковольтных прямоугольных импульсов Советский патент 1980 года по МПК H03K6/02 H03K4/62 

лителя-ограничителя в исходное (закрытое) состояние, возникает перенапряжение на входном транзисторе, так как послелующие транзисторы в этот момент находятся еще в открытом состоянии.

Известен формирователь высоковольтных прямоугольных лмпульсов, выполненный в виде цепи каскадно включеннЕзК транзисторов с последовательным питанием, содержащий источник запускающих импупьсов 3J. Этот формирователь имеет недостаточно высокую крутизну вы :одного импульса.

Целью изобретения является увеличение крутизны-выходного импульса.

Для достижения цели в формировате ле высоковольтных прямоугольнЕзТХ импульсов; выполненном в виде цепи каскадно включенных транзисторов с последовательныгл питанием, причем входной транзистор цепи включен по схеме с общим эмиттером, а его база подключена к источнику запускающих импульсов, коллектор выходного транзистора цепи соединен с выходом формирователя и через резистор с шиной питания, параллельно переходу коллектор эмиттер каждого транзистора подключен стабилитрон, а переход база эмиттер каждого транзистора зашунтирован параллельно соединенными резистором и диодом в обратном включении, причем эмиттер каждого предмдушего транзистора соединен с базой послеующего последовательной резистивноемкостной цепью, которая зашунтирована конденсатором.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема формирования высоковольтных прямоугольных импульсов на основе транзисторов типа п-р-п.

Формирователь содержит m последовательно соединенных транзисторов с общим нагрузочным резистором 2, т-1 разделительных конденсаторов ,m-l резисторов цепи управления , т-1 ускоряющих конденсаторов , m стабилитронов , m резисторов базовой цепи , и т- диодов . входом формирователя является базовая цепь транзистора 1-1, выходом - коллекторная цепь транзистора 1-т .

Устройство работает следующим обазоМ,

В исходном состоянии все транзис.торы закрыты, через нагрузочный резистор 2 и последовательно включенные цепочкой стабилитроны - протекает ток стабилизации, который обеспечивает равномерное распределение напряжения питания между каскадами, равное напряжению стабилизации каждого стабилитрона. Разделительные конденсаторы и ускоряющие конденсаторы заряжены до напряжения, равного напряжению стабилизации каждого стабилитрона.

При поступлении на вход формирователя прямоугольного пускового импульса положительной полярности и достаточной амплитуды транзистор 1-1 открывается, напряжение на коллекторэмиттерном переходе транзистора уменьшается, ток в нагрузочном резисторе увеличивается, обеспечивая увеличение падения напряжения на резистор нагрузки 2. При переходе транзистора 1-1 в насыщенное состояние стабилитрон 6-1 сначала выходит из режима стабилизации, а потом отключается. Одновременно с этим потенциал базы транзистора 1-2 растет, так как напряжения на разделительном конденсаторе- 3-2 и ускоряющем конденсаторчз 5-2 в первый момент остаются на исходном уровне. В момент форсированно перезарядки собственной емкости перехода база - эмиттер транзистора 1-2 с помощью ускоряющего конденсатора 5-2 происходит открывание самого транзистора. Величина емкости ускоряющих конденсаторов выбирается достаточно малой, порядка 10 пФ. После этого разделительный конденсатор 3-2 разряжается в основном по цепи, состо5лцей из последорательно включенных резистора 4-2 и переходов база эмиттер и коллектор - эмиттер двух присоединенных к рассматриваемой цепи управления транзисторов и Это обеспечивает открытое состояние транзистора 1-2 при формировании плоской вершины прямоугольного импульса.

. Величина емкости разделительных конденсаторов определяется из условия обеспечения открытого состояния соответствующих транзисторов до момента формирования заднего фронта выходного импульса. Резистор 4-2 цепи управления задает величину базового тока транзистора 1-2, величина его сопротивления выбирается°из условия обеспечения тока насышрния базы транзистора. Введение в цепь управления базовым током транзисторо разделительных конденсаторов и последовательно с ними включенных резисторов, а также ускоряюцих конденсаторов обеспечивает возможность создания равных условий запуска каждого транзистора выбором одинаковых величин сопротивления резисторов и емкостей, конденсаторов в каждом каскаде базы транзистора. Описанный процесс срабатывания двух каскадов устройства распространяется на последующие каскады, при этом на выходе формируются передний фронт и плоская вершина импульс.а.

По окончании пускового импульса начинается процесс востановления исходного cocTOHHtyi устройства. Ток, протекающий по переходу база - эмиттер транзистора 1-1, прекращается, транзистор зaкpывaeтqя и включается стабили-т,рон 6-1. После закрытия тран зистора 1-1 размыкается цепь разряда разделительного конденсатора 3-2 и прекращается базовый ток транзистора 1-2, транзистор закрывается и восста навливается напряжение на стабилитро не 6-2. При этом режим закрытия при наличии напряжений на транзисторе обеспечивается включением резисторов 7-1-7-т, величина сопротивления которых выбирается из рекомендованных электрических данных примененных транзисторов. Последовательное восстановление исходного состояния стабилитронов приводит к уменьшению тока через резистор нагрузки 2,а следовательно, к формированию заднего фронта прямоугольного импульса. Разряженные до некоторого уровня во время формирования импульса разд лительные конденсаторы 3-2-3-т по мере перехода каждого транзистора в закрытое состояние дозаряжаютсядо исходного напряжения соответственно через защитные диоды 8-2-8-т и резисторы 4-2-4-т, одновременно заряжаются и ускоряющие конденсаторы 5-2-5-П1. Защитные диоды в основном обеспечивают защиту перехода база - эмиттер транзистора при появлении напряжения обратной полярности на переходе в момент подачи напряжения питания на устройство, когда разделитель ные конденсаторы полностью разряжены Подсоединение цепочки стабилитронов одним концом к коллектору выходного транзистора, а другим к эмиттеру вхо дного образует дополнительную цепь связи между каскадами по постоянному току, обеспечивающую при последовательном вхождении каждого транзистора в насыщенное состояние передачу Е цепь нагрузки приращения тока с более выгодным коэффициентом переда чи особенно при формировании начального участка фронта, чем в случае включения вместо них цепочки из резисторов, что также способствует 1,скоренному формированию фронта импульса. В момент формирования высо1совольтного импульса с крутым фронтом нарастания возможны перенапряже ния на коллектор-эмиттерном переходе транзистора, в этом случае стабилитроны выполняют и за1дитную функциюJ тем самым способствуя повышенной надежности формирователя. Кроме того, они обеспечивгиот постоянство величи ны амплитуды напряжения выходного импульса при изменении напряжения питания формирователя в Пределах ра бочего диапазона стабилизации напря жения стабилитрона.- В случае примене ния в формирователе транзисторов ти па р.-п-р можно обеспечить получение высоковольтного импульса положитель ной полярности, при этом диоды и стабилитроны включаются в соответствии с измененной полярностью питающего формирователь напряжения. В устройстве, выполненном по приведенной схеме, с числом каскадов, равным девяти, на транзисторах типа п-р-п КТ-605А с сопротивлением резистора нагрузки, равным 150 кОм, при напряжении питания 2,3 кВ получены высоковольтные импульсы отрицательной полярности с амплитудой около 2,2 кВ, с длительностями переднего фронта 0,5 МКС, плоской вершины от 5 МКС до 5 мс и заднего фронта около 16 МКС при подаче на вход устройства прямоугольного импульса положительной полярности с амплитудой порядка 2 В. Для обеспечения работоспособности предлагаемого формирователя нет необходимости проводить предварительный отбор транзисторов по параметрам. Таким образом, предлагаемый формирователь выгодно отличается от прототипа, так как позволяет получать высоковольтные импульсы с амплитудой несколько киловольт и длительности переднего фронта несколько долей микросекунды вместо обеспечиваемой прототипом длительности переднего фронта несколько десятков (10-20) микросекунд. Для обеспечения повышенной надежности его работы при формировании высоковольтного импульса приняты меры по защите транзисторов от перенапр;тжений. Формируемый импульс имеет строго определенную амплитуду независимо от величины питающего напряжения в широких пределах его изменения. Предлагаемый формирователь высоковольтных прямоугольных однополярных импульсов на основе низ-ковольтных транзисторов, включенных цепочкой, может найти широкое применение в малогабаритных радиотехнических устройствах различного назначения, для работы которых требуются высоковольтные прямоугольные положительной или отрицательной полярности импульсы с амплитудой несколько киловольт и фронтом нарастания несколько долей микЕюсекунди. Он может быть использован в системах управления электронным потоком в фотоэлектронных регистраторах, на основе электронно-оптических преобразователей , в электронных осциллографах на основе электронно-лучевых трубок, в электрооптических затворах на основе электрооптических кристаллов и т.д. В частности, он эффективно может быть использован в формирователе импульса затвора для времяанализирующего электронно-оптического преобразователя при создании малогабаритного фото-хронографа нано- и микросекундного диапазонов.

Формула изобретения Формирователь высоковольтных прямоугольных импульсов, выполненный в виде цепи каскадно включенных транзисторов с последовательным питанием, причем входной транзистор цепи :включен по схеме с общим эмиттером, а его база подключена к источнику запускающих импульсов, коллектор выходного транзистора цепи соединен с выходом формирователя и через резистор с шиной питания, отличающийся тем, что, с целью увеличения крутизны выходного импульса, параллельно переходу коллектор - эмиттер каждого транзистора подключен стабилитрон, а переход

база - эмиттер каждого транзистора зашунтирован параллельно соединенными резистором и диодом в обратном включении, причем эмиттер каждого предыдущего транзистора соединен с базой последуюгцего последовательной резистивно-емкостной цепью, которая зашунтирована конденсатором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Сб, Физическая электроника, Наука, М., 1976, с.180.

2. Радио, 1967, № 3, с.56.

3.Чаковский М.З. Управление качественных показателей транзистор(ных усилителей, Связь, К., 1968,

с., рис.2.24 (прототип).