Формирователь импульсов наносекундной длительности

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 1505.78(21) 2 с присоединением заявки Н 51) 176/18-21 Н 0 01 Государственный комите СССР но делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретен В. Андриянов А, В. Г Горьковский политехнический институт им,А.А.Ждано(54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ НАНОСЕКУ ДЛИТЕЛЬНОСТИИзобретение касается импульсной гехники и может быть использовано в устройствах наносекундного диапазона.Известны формирователи импульсов наносекундной длительности, имеющие на выходе импульсы с крутыми фронтами, содержащие формирующие транзисторные каскады и диоды с накоплением заряда (11Однако такие формирователи нв дают возможности получить на,ниэкоомной нагрузке стабильных импульсов регулируемой длительности в диапа" зоне 2-50 нс с коротким фронтом и спадом, так как их параметры зависят от частоты следования импульсов, величины тока в нагрузке и времени рассасывания неосновных носителей в базе диода с накоплением заряда (ДНЗ) .Кроме того, характеристики современных диодов с накоплением заряда не позволяют получить в таких форми" 25 рователях импульсы с амплитудой больше 10 - 20 Вольт.Эти недостатки вышеуказанных формирователей приводят к изменению формы выходного импульса н его длительности. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является формирователь импульсов наносекундной длительности на транзисторах, содержащий два ключевых каскада включенных по схеме с общим эмиттером и выходной к "над по схеме с общей базой, параллельно переходу база-эмиттер транзистора которого подключен резистор 2.Недостатком данного технического решения является малое быстродействие; Это обуславливается тем, что сформированный выходной импульс получается в результате сложения разнополярных, сдвинутых по времени, импульсов в базе первого ключевого каскада формирователя. Вследствие этого длитель" ность среза выходного импульса, сни" маемого с коллеКтора насыщенного ключевого каскада будет определяться временем рассасывания зарядов из его базы. Это время значительно больше времени формирования фрон 1 а выходного импульса, поэтому данное схемное решением не дает возможности реализовать предельное быстродействие транзистора и сформировать короткие импульсы с малой скважностью.цель изобретения - повышение быстродействия формирователя.Для этого в формирователь импульсов наносекундной длительности на транзисторах, содержащий два ключевых каскада, включенных по схеме 5 с общим эмиттером и выходной касакад по схеме с общей базой, параллельно переходу база-эмиттер .транзистора которого подключен резистор, введены: три конденсатора, резистор и диод, О который включен между базой транзис-, тора выхбдного каскада и общей шиной, первый конденсатор последовательно соединен с вновь введенным резистором, последовательная цепь из конденсатора резистора включена между выходом первого ключевого каскада и эмиттером транзистора выходного каскада,параллельно вновь введенному резистору под" ключен второй конденсатор, а третий конденсатор включен между выходом второго ключевого каскада и базой транзистора выходного каскада.На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема формирователя наносекундных импульсов; на фиг. ,2 - временные диаграммы работы устройства; на фиг. 3 - эквивалентная схема процессаформирования длительности среза выходного импульса.30Формирователь содержит ключевойкаскад, состоящий из транзистора 1,включенного по схеме с общим эмиттером, входного конденсатора и резистора, соединяющего базу транзистора 351 с землей. Коллектор транзистора1 ключевого каскада через резистор2 подключен к источнику питания, ачерез разделительно-ускоряющую цепь,состоящую иэ конденсатора 3; кон. денсатора 4 и параллельноему включенного резистора 5 и резистор бк базе транзистора 7 выходного каскада, причем база этого транзисторачерез резистор 8 и параллельныйему диод 9 соединена с землей. Эмиттер транзистора 7 подключен к общейточке соединения конденсатора 4,резистора 5 и резистора б. Коллектортранзистора 7 и через резистор 10подключен к источнику питания, а через разделительный конденсатор 11 кнагрузке 12 Кроме того, база транзистора 7 через разделительный конденсатор 13 подключена к коллекторутранзистора 14 второго ключевого кас. 55Када, собранного по схеме с общимФмиттером, в котором база транзистора через резистор соединена с землей, а через разделительный конденсатор - со входом устройства. Реэис 60тор 15 соединяет коллектор транзистора 14 ключевого каскада с источником питания,Формирователь работает следующимобваэом, 65 В исходном состоянии транзисторы1 и 14 ключевых каскадов и транэис"тор 7 выходного каскада закрыты. Конденсатор 3, 11, 13 заряжены до напряжения близкого к напряжению источникапитания (полярность указана на фиг. 1) . Наличие диода 9 позволяет сократить время заряда конденсатора 13 от источника питания (Е пт) через резистор 15, диод 9 и койденсатор 3 от источника питания через резисторы 2, 5, б и диод 9. В момент времени 1 (см. фиг. 2) на базу транзистора 1 ключевого каскада поступаетположительный импульс с крутымфронтом. Транзистор 1 быстро открывается и входит в насыщение, при этомконденсатор 3 заряженный до напряжений неСколько меньшего напряжения питания в указанной полярности,подключается к эмиттерно-базовому переходу транзистора 7 через конденсатор 4, резистор б и диод 9. В качестве диода 9 применен диод с накоплением заряда (ДНЗ). Его сопротивление при этом близко к нулю. Ускоряющая цепь, состоящая из резистора 5, конденсатора 4 и диода 9, позволяет предельно быстро ввести заряды в базу транзистора 7 и включить его, При этом транзистор 7 оказывается в режиме, близком к насыщению, Конденса., торы 3, 11 оказываются последовательно включенными с резистором нагюуз- ки 12, через каскад на транзисторе 1, конденсатор 4, резистор б, транзистор 7. На резисторе нагрузки 12 при этом формируется импульс несколько меньший 2 Еяитотрицательной полярности. В момент времени 1 (см. фиг.2) на базу транзистора 14 ключевого каскада .поступает положительный импульс.с крутым фронтом, в результате чего транзистор 14 ключевого каскада быстро входит в режим насыщения. С выхода данного каскада отрицательный импульс через разделительный конденсатор 13 поступает на базу открытого транзистора 7 и закрывает его, что, в свою очередь, приводит к процессу формирования длительности среза выходного импульса на нагрузке, Эквивалентная схема процесса формирования длительности среза приведена на фиг.3, где приняты следующие обозначения:К 1, К 14 - короткоэамкнутые ключевые каскады на транзисторах. Остальные обозначения соответствуют обозначениям на фиг. 1. При подключении конденсатора 13 к открытому транзистору 7 происходит отсечка эмиттерного и коллекторного токов данного транзистора, а следовательно и быстрыйвывод и рекомбинация зарядов в базе транзистора 7 токами обратного напряжения, так как напряжение на конденсаторе 13 больше, чемнапряжение на конденсаторе 3. Вмомент прерывания эмиттерного токаформируется срез импульса, равныйдлительности перепада с коллекторатранзистора 14 вйходного жаскада.Диод 9 (ДНЭ) к моменту формирования ,5среза заперт, емкость его мала и онпрактически не влияет на формирование длительности среза выходного импульса. Включение резистора 6 небольшой величины параллельно базоэмиттерному переходу транзистора 7позволяет осуществить сложение двухперепадов напряжений, поступающих сключевых каскадов, а также уменьшитьвыброс на плоской вершине импульсапри формировании его длительностисреза. Наличие выброса объясняетсяпроникновением заряда с конденсатора 13 в коллекторную область транзистора 7 и в нагрузку 12 из-эа наличиязарядов в приколлекторной областибазы транзистора 7. Режим последнегов начальный момент формирования сре"за выходного импульса близок к насыщению. Таким образом, подключенИе резистора 6 перераспределяют ток конденсатора 13, и величина выброСа иа На"грузке уменьшается. Поцесс формирова-ния. выходного импульса на нагрузке12 заканчивается. Таким образбм, формирование выходного импульса на на"грузке путем раздельной подачи входных импульсов, разнесенных на времязадержки, на эмиттер и базу транзистора выходного каскада через входныеключевые каскады, дает возможность35по сравнению с прототипом, в которомвходные импульсы, разнесенные на время задержки, подаются в базу перво"го насыщенного ключевого каскада,выделить две цепи формирования ИмпульОса,одна из которых формирует фронтвыходного импульса эа счет быстроговвода зарядов в базу близкого к насыщению выходного транзистора,а втоРая цепь формирует длительность среза 45 выходного импульса за счет быстрой отсечки коллекторно-эмиттерных токов транзистора выходного каскада.В результате этого на низкоомной нагрузке выделяется импульс с длительюстью фронта и среза, определяемой предельными воэможностями используемых транзисторов, и с амплитудой, большей напряжения источника питания, что, в свою очередь, ведет к положительному эффекту, а именно к увеличению быстродействия схемы формирователя.формула изобретенияФормирователь импульсов наносекундной длительности на транзисторах,содержащий два ключевых каскада, включенных по схеме с общиМ эмиттером ивыходной каскад по схеме общей. базой,,параллельно переходу база-эмиттер транзистора которого подключен резистор,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повыаения быстродействия формирователя, в него введены три конденсатора, резистор и диод, который включен между базой транзистора выходного каскада и общей шиной, первый конденсатор последовательно соединен свновь введенным резистором, после-,.довательная цепь из конденсатора ирезистора включена между выходомпервого ключевого каскада и эмиттером транзистора выходного каскада,параллельно вновь введенному резистору подключен второй конденсатор,а третий конденсатор включен междувыходом второго ключевого каскада.и базой транзистора выходного каскада.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе2. Авторское свидетельство СССР9 452058, кл. Н 03 К 3/02, 2803.73.2, фПриборы и т"цика эксперимента, 1976, М 2, с. 72 (прототип 1., Составитель, М.Наэаровейн Техред М.Петко Корректор М иаро РедакторВ.Са Эак 35 Фил л ППППатент , г. Ужгород, ул. Проектная, 4 66 Тираж ЦНИИПИ Госуд по делам 113035, Москв1060 Подписноерственного комитета СССРэобретений и открытийЖ, Раушская наб., д. 4