Формирователь высоковольтных прямоугольных импульсов

,К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(я)м. к .ф Н 03 К 6/02 Н 03 К 4/62 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 151080( 5 4 ) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ2 Изобретение относится к импульсной технике. Формирователь может быть использован для управления электронным потоком в электронно-оптических преобразователях и электроннолучевых трубках.Известйо устройство, в котором для формирования прямоугольных высоковольтных импульсов применяется цепо- чечное включение предварительно отобранных лавинных транзисторов 1). Такое устройство работет в неуправляемом ключевом режиме, что требует для формирования заднего фронта прямоугольного импульса дополнительно 15 быстродействующего устройства возврата схемыв исходное состояние.Известен формирователь на основе ,высоковольтного усилителя на транзис,торах, включенных цепочкой, и постав ленного в режим работы усилителя-ограничителя 21 . В таком усилителе . связь между транзисторами осуществляется по постоянному току. Устройство снабжено составным резисторным делителем, к каждому участку которого подключена соответственно база каждого транзистора. Сопротивления резисто ров дел"еля выбраны из условия обес.печения равенства токов баз каждого 30 транзистора. Обеспечение режима ограничения осуществляется выбором величины сопротивления резистора обратной связи. При достаточной амплитуде напряжения входного импульса отрицательной полярности происходит полное насыщение всех транзисторов усилителя и на выходе формируется прямоугольный импульс положительной полярности с амплитудой, практически равной напряжению питания усилителя. При этом длительность выходного импульса задается длительностью входного.Однако из-за наличия высокоомных резисторов, обеспечивающих режим работы формирователя, и значительной по величине собственной емкости перехода база - эмиттер транзистора постоянная времени такого формирователя значительна и реально достигает несколько десятков микросекунд. Это заметно увеличивает длительность переходного процесса при формировании переднего и заднего фронтов выходного импульса. Вместе с тем в момент формирования заднего фронта импульса при обеспечении форсированного закрытия входного транзистора импульсом с фронтом нарастания, меньшим постоянной времени возврата усилителя-ограничителя в исходное (закрытое)состояние, возникает перенапряжение на входном транзисторе, так как последующие транзисторы в этот момент находятся еще в открытом состоянии.Известен формирователь высоковольтных прямоугольных импульсов, выполненный в ниде цепи каскадно включенных транзисторов с последовательным питанием, содержащий источник запускающих импульсов 3 ). Этот формирователь имеет недостаточно высокую крутизну вы:одного импульса.Целью изобретения является увеличение крутизны выходного импульса.Для достижения цели в формировате ле высоковольтных прямоугольных импульсов, выполненном и виде цепи кас" кадно включенных транзисторов с последовательным питанием, причем входной транзистор цепи включен по схемес общим эмиттером, а его база подключена к источнику запускающих импульсов, коллектор выходного транзисторацепи соединен с выходом формирователя и через резистор с шиной питания,параллельно переходу коллекторэмиттер каждого транзистора подключен стабилитрон, а переход базаэмиттер каждого транзистора эашунтиронан параллельно соединенными резистором и диодом в обратном включении,причем эмиттер каждого предыдущеготранзистора соединен с базой последующего последовательной резистивноемкостной цепью, которая зашунтирована конденсатором.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема формирова. ния высоковольтных прямоугольных импульсов на основе транзисторов типа и р вФормирователь содержит в последо- вательно соединенных транзисторов1=1-1=в с общим нагрузочным резистором 2, вразделительных конденсаторов 3:2-3=а,врезисторов цепи управления 4=2-4=в, аускоряющих конденсаторов 5=2-5=а, в стабилитронов 6=1-6=а, а резисторов базовой цепи 7 1-7=в, и в диодов 8=1-8=а. Входом формирователя является базовая цепь транзистора 1-1, выходом - коллекторная цепь транзистора 1-аУстройство работает следующим об- разоМ.В исходном состоянии все транзис.торы закрыты, через нагрузочный резистор 2 и последовательно включенные цепочкой стабилитроны 6=1 - б=в протекает ток стабилизации, который обеспечивает равномерное распределение напряжения питания между каскадами, равное напряжению стабилизации каждого стабилитрона. Разделительные конденсаторы 3=2-З=в и ускоряющие конденсаторы 5=2-5=а заряжены до напряжения, равного напряжению стабилизации каждого стабилитоона. 5 10 15 26 25 ЗО 35 45 5 О 55 6 О 65 При поступлении на вход формирователя прямоугольного пусксвого 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 резисторе нагрузки 2. При переходе транзистора 1-1 в насыщенное состояние стабилитрон 6-1 сначала выходит из режимастабилизации, а потом отключается.Одновременно с этим потенциал базытранзистора 1-2 растет, так как напряжения на разделительном конденсаторе. 3-2 и ускоряющем конденсаторе5-2 в первый момент остаются на исходном уровне. В момент форсированной перезарядки собственной емкости перехода база - эмиттер транзистора 1-2с помощью ускоряющего конденсатора 5-2 происходит открывание самого транзистора. Величина емкости ускоряющих конденсаторов выбирается достаточно малой, порядка 10 пф. Послеэтого разделительный конденсатор 3-2разряжается в основном по цепи, состоящей из последовательно включенных резистора 4-2 и переходов базаэмиттер и коллектор - эмиттер двухприсоединенных к рассматриваемой цепи управления транзисторов 1=1 и 1=2. Это обеспечивает открытое состояние транзистора 1-2 при формировании плоской вершины прямоугольного импульса.Величина емкости разделительных конденсаторов определяется иэ 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 выбираетсяиз условия обеспечения тока насыщения базы транзистора. Введение в цепь управления базовым током транзисторон разделительных конденсаторов и последовательно с ними включенных резисторов, а также ускоряющих конденсаторов обеспечИвает возможность создания равных условий запуска каждоготранзистора 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 импульса.По окончании пускового импульса начинается процесс востановления исходного состоянир устройства. Ток, протекающий по переходу база - эмиттер транзистора 1-1, прекращается, транзистор закрывается и включается771863 25 етабилитрон 6-1, После закрытия транзистора 1-1 размыкается цепь разрядаразделительного конденсатора 3-2 ипрекращается базовый ток транзистора1-2, транзистор закрывается и восстанавливается напряжение на стабилитроне 6-2. При этом режим закрытия при,наличии напряжений на транзистореобеспечивается включением резисторов 7-1-7-в, величина сопротивлениякоторых выбирается из рекомендованных электрических данных примененныхтранзисторов, Последовательное носстановление исходного состояния стабилитронов приводит к уменьшению тока через резистор нагрузки 2,а следовательно, к формированию заднегофронта прямоугольного импульса. Разряженные до некоторого уровня вовремя "формирования импульса разделительные конденсаторы 3-2-3-в по мере перехода каждого транзистора взакрытое состояние дозаряжаютсядоисходного напряжения соответственночерез защитные диоды 8-2-8-щ и резисторы 4-2-4-в, одновременно заряжаются и ускоряющие конденсаторы5-2-5-П 1. 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 разделительные конденсаторы полностью разряжены. Подсоединение цепочки стабилитроноводним концом к коллектору выходноготранзистора, а другим к эмиттеру входного образует дополнительную цепьсвязи между каскадами по постоянному току, обеспечивающую при последовательном вхождении каждого транзистора н насыщенное состояние передачу 4 Ои цепь нагрузки приращения тока сболее выгодным коэффициентом передачи особенно при формировании начального участка фронта, чем в случаевключения вместо них цепочки из резисторов, что также способствуетускоренному формированию Фронта импульса. В момент формирования высоковольтного импульса с крутым фронтом нарастания возможны перенапряже Ония на коллектор-эмиттерном гереходетранзистора, н этом случае стабилитроны выполняют и защитную функцию,тем самым способствуя повышенной надежности формирователя. Кроме того,они обеспечивают постоянство величины амплитуды напряжения выходногоимпульса при изменении напряженияпитания формирователя в Пределах рабочего диапазона стабилизации напряжения стабилитрона; В случае применения в формирователе транзисторов типа р;и-р можно обеспечить получениевысоковольтного импульса положительной полярности, при этом диоды истабилитроны включаются в соответс твии с измененной полярностью питающего формирователь напряжения.В устройстве, выполненном по приведенной схеме, с числом каскадов, равным девяти, на транзисторах типа и-р-и КТА с сопротивлением рези. стора 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 про тотипа, так как позволяет получатьнысоконольтные импульсы с амплитудой несколько киловольт и длительностипереднего фронта несколько долеймикросекунды вместо обеспечиваемойпрототипом длительности переднегофронта несколько десятков (10-20)микросекунд. Для обеспечения повышенной надежности его работы при формировании высоковольтного импульса приняты меры по защите транзисторов от перенапряжений. Формируемыйимпульс имеет строго определенную амплитуду независимо от величины питающего напряжения в широких пределах его изменения. Предлагаемый формирователь высоковольтных прямоугольных однополярных импульсов на основе низковольтных 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 микросекунды. Он можетбыть использован в системах управления электронным потоком в фотоэлектронных регистраторах на основе электронно-оптических преобразователей, в электронных осциллографахна основе электронно-лучевых трубок,в электрооптических затнорах на основе электрооптических кристаллови т.д. В частности, он эффективноможет быть использован в формирователе импульса затвора для времяанализирующего электронно-оптического преобразователя при создании малогабаритного фото-хронографа нано- имикросекундного диапазонов.ПодписнСССР Тираж 995 Государственног делам изобретени 1 осква, Ж, Ра Заказ 6718/71 ВНИИП по 113035, комитетаиоткрытийская наб. 4/ Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектна формула изобретенияФормирователь 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения крутизны выходного импульса, параллельно переходу коллектор - эмиттер каждого транзистора подключен стабилитрон, а переход база - эмиттер каждого транзисторазашунтирован параллельно соединенными резистором и диодом в обратномвключении, причем эмиттер каждогопредыдушего транзистора соединен сбазой последующего последовательной резистивно-емкостной цепью, которая зашунтирована конденсатором.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Сб. Физическая электроника,"Наука", М., 1976, с.180.2. "Радио", 1967, Р 3, с.56.3. Чаковский М.З. Управление качественных показателей транзисторных усилителей, "Связь", М., 1968;с.6,9, рис.2.24 (прототип).