книги из ГПНТБ / Дьяконов В.П. Лавинные транзисторы и их применение в импульсных устройствах

Ж&шіе на накопительном конденсаторе накладывается синусоидаль­ ное синхронизирующее напряжение, снимаемое с дополнительного хронирующего элемента. Лр:и определенном выборе собственного пе­ риода автоколебаний происходит .автоматическая синхронизация ге­ нератора на основной частоте или еубгармотгнках резонатора.

Простейшая схема генератора е автосинхронизацией от колеба­ тельного контура показана на рис. 5.,Ш. Синхронизирующее напря­ жение формируется при разряде накопительного конденсатора через

зуется как фильтр ів цеп,и обратной связи с выхода .релаксационного генератора на вход (подача синхронизирующего напряжения в цепь эмиттера обеспечивает нужные фазовые соотношения ,в схеме). іПрп

схемы сохранялась при изменении напряжения питания на 30—40%, что, однако, приводило к изменению вдвое амплитуды импульсов. При указанных на схеме данных амплитуда выходных импульсов примерно равна 3 В при -времени нарастания менее 50 нс. Экспери­ ментально работоспособность схемы была проверена в диапазоне частот /к от 50 кГц до 5 МГц. Для стабилизации частоты можно ис­ пользовать задержанную импульсную обратную связь. Для этого выход релаксационного генератора подключается к входу через ли­ нию задержки. Выходной импульс с лилии спустя время задержки f3 запускает генератор, который вырабатывает импульс, поступающий

на вход линии, и т. д.

(На рис. 5.18 показаны две схемы гене,раторов, описанные в [34, 60]. Особенностью схемы рис. '5.,18,а является цепочка Сі-Дз ди­

намического запирающего смещения, обеспечивающая самозапуск генератора. При включении генератор начинает работать в автоко­ лебательном режиме, который затем переходит ів ждущий с зал-ус- ком за счет цеяін импульсной задержанной обратной связи, осущест-

160

В схеме рис. 5.18,6 используется короткозамкнутая хронирую­ щая линия задержки ЛЗ. При разряде С2 формирующийся «а со­ противлении Ri отрицательный импульс распростр.ашяется вдоль ли­

нии. Отразившись от короткозамкнутого конца .и переменив поляр­ ность, вновь поступает на эмиттер, запуская генератор и т. д. Период колебаний в- этой схеме равен 2t3, что при заданной частоте гене­

рации вдвое уменьшает габариты линии задержки. Подобные схемы можно использовать и ів режиме генерирования серии импульсов со

Рнс. 5.18. Схемы высокостабильных релаксационных генераторов с задержан­ ной обратной связью.

стабильной частотой заполнения. Их параметры могут быть намного улучшены при замене сплавных транзисторов на специальные ла­ винные.

Для генерации импульсов с высокой частотой повторения и боль­ шой амплитудой можно использовать несколько ждущих генера­ торов, запускаемых последовательно друг от друга через линии за ­ держки. Суммируя их выходные импульсы можно в N раз увеличить частоту, где N —-число генераторов. Подобные генераторы позволяют

генерировать частоты от !0 до '500 МГц [61].

Описанные способы 'стабилизации применимы в основном на частотах выше 100 кГц. По мере уменьшения частоты резко возрас­ тают -габариты хронирующих элементов (линий задержки, колеба­ тельных контуров и кварцевых резонаторов). Даже на высоких ча­ стотах их габариты иногда исключают возможность применения этих способов, особенно при микроминиатюризации схем. Поэтому боль­ шой .интерес представляют генераторы с автостабилизацией частоты, принципы построения которых были описаны в § 4.7.

Схемы релаксационных генераторов со стабилизацией разности

Дѵ, выполняющего функции элемента сравнения. В схеме рис. 5.19,6

управляющее напряжение задается .внешним источником, поэтому, меняя Uy, можно менять .период колебаний.

Схемы рис. 5.19 эффективно стабилизируют амплитуду хрони­ рующего напряжения при смене транзисторов и изменении темпера-

Рис. 5.19. Схемы высокостабнлыіых релаксационных генераторов со стабили­

генерируемой дестабилизированной л стабилизированной схемами ре­ лаксационных генераторов, при использовании четырех различных транзисторов. Транзисторы намеренно выбирались с большим раз­

0,14%, за последующие 7 ч работы менее 0,05%, а минутная неста­ бильность не превышает 0,01 % (против соответственно 5; 0,5 и 0,2—0,3% для .нестабил;ізирова.ішой схемы обычного релаксационного генератора). Из таблицы видно, что выигрыш в стабильности при смене транзисторов составляет величину не менее 20. Такой же по­ рядок имеет выигрыш по температурной стабильности.

В рассматриваемых схемах осуществляется стабилизация ампли­ туды пилообразных импульсов :на конденсаторе С*. При этом ча­

стота повторения импульсов с высокой точностью пропорциональна среднему значению зарядного тока / Ср, равному току, потребляемому

162

Рис. 5.20. Зависимости разности пороговых напряжений от управляющего на­ пряжения (Д) и частоты от потребляемого тока (б) для схемы рис. 5.1Ѳ.

ных генераторов, но и для построения ждущих генераторов и раз­ личных других устройств.

а

5.4. Генераторы прямоугольных импульсов

Генераторы прямоугольных .импульсов на лаытных транзисто­ рах перекрывают диапазон длительностей от единиц и долей нано­ секунды до единиц и десятков секунд. В овязи с этим они характе­ ризуются разнообразием как методов формирования прямоугольной формы импульсов, так и схемной реализацией.

В микросекунд-ном диапазоне длительностей при .временах нара­ стания импульсов порядка десятков нашосеюуид простыми и удобны­ ми являются генераторы, построенные на основе мультивибраторных схем. Их достоинством является хорошая форма .вершины импуль­ сов и широкий диапазон плавной и грубой регулировки длительно­ сти импульсов.

Простейшими являются схемы, выполненные тіа одном лавинном транзисторе (рис. 5.23 [42], § 4.4). Такие схемы формируют импуль-

Выход

Запуск

Рис. 5.23. Многофункциональная импульсная схема на одном лавинном тран­ зисторе.

сы с амплитудой до 20—25 В. При емкости нагрузки Сп« 1 0 0 пФ время нарастания импульсов составляет ?а0,3 мкс, а длительность среза — менее 0,1 мкс. Большое время нарастания переднего фронта объясняется тем, что он формируется при запирании лавинного тран­ зистора. При этом рост выходного напряжения происходит с отно­ сительно большой постоянной времени Я 3СП.

-С конденсатора Сі можно снимать импульсы пилообразной фор­ мы. При изменении Сі длительность импульсов можно менять от

долей микросекунды до единиц и более секунд. Плавно до 50 раз длительность импульсов изменяется при изменении .напряжения Ег

фронт импульса формируется при включении лавинного транзистора ТI, а задний — при включении транзистора 7Ѵ Амплитуда генери­

руемых импульсов гаЗ -В, а длительность .(при Сг= 510 пФ) около 6 мкс. При -изменении С2 .можно получить широкий диапазон изме­

164

Генераторы прямоугольных импульсов с хронирующими RC це­

пями имеют сравнительно низкую стабильность длительности импуль­ сов, так как последняя зависит от параметров транзисторов и папря-

Запуск

Рис. 5.24. Схема генератора прямоугольных импульсов на базе ждущего мультивибратора.

жепия питания. Высокую стабильность длительности импульсов име­ ют генераторы с накопительной линией. Такие генераторы перекрыва­

противлением Rn. генераторы с накопительной линией можно исполь­

зовать для формирования мощных имлульсст тока прямоугольной формы. Для увеличения мощности включаются параллельно несколь­

в цепи запуска и в выходные цепи, что обеспечивает устранение взаимного влияния лавинных транзисторов в момент запуска. Им­ пульс на -нагрузке появляется после того, как регенеративный про­ цесс .включения всех транзисторов успевает устойчиво развиваться.

Для увеличения амплитуды -импульсов по .напряжению можно использовать последовательное включение лавинных транзисторов

І65

Запуск

Рис. 5.26. Схема генератора мощных прямоугольных импульсов тока.

+20W3

Запуск

Рис. 5.27. Схема генератора прямоугольных импульсов большой амплитуды.

166

при разряде лишш і(,р.ис. 5.37), [8 6 ]. Такая схема формирует импуль­

сы с амплитудой 55 іВ на нагрузке 7?и=б0 Ом, при времени 'нара­ стания около 1 нс ('использованы лавинные транзисторы NSlililO, параметры которых приведены .в табл. 3.1). При 'использовании оте­ чественных транзисторов КТ603 можно получить такие же резуль­

таты за 'Исключением времени нарастания, которое доходит до

2—3 не.

Генераторы с накопительной линией не лишены серьезных недо­ статков. К ним прежде всего относятся большие габариты линий, трудность плавной перестройки длительности импульсов и вдвое меньшая і(по сравнению со схемой емкостного релаксатора) ампли­ туда .импульсов. В последнее время дчя формирования прямоуголь­ ных інаиосекуіідпых .импульсов стали использоваться диоды с накоп­ лением заряда — ДН З [43, 44]. Применение их совместно с лавин­ ными транзисторами позволяет создавать простые и малогабарит­ ные генераторы .прямоугольных импульсов с плавной регулировкой

в обратном направлении при его переключении. При этом ток во внешней цепи ограничен ее сопротивлением

нения прямого тока іпр. В течение второго этапа происходит окон­ чательное рассасывание оставшихся в небольших количествах носи­ телей и ток спадает по экспоненциальному закону

тормозящего поля Е и доходит до долей наносекунды. Напряжен­

ность поля в базе зависит от концентрации и закона распределения примесей в базовой области. У диффузионных диодов необходимое распределение примесей в базе создается ів процессе их изготовле­ ния. К диодам такого типа относятся диффузионные .импульсные диоды 'КД503, Д310, Д-311 ,и Д312. Так, диод Д312 имеет следующие

диод этого типа для формирования .импульсов с длительностью фрон­ та порядка единиц наносекунд :(рнс. 5.28).

167

В схеме на рис. 5.28 релаксационный генератор -выполнен на лавинном транзисторе Т і и работает в автоколебательном режиме.

Он генерирует экспоненциальные короткие импульсы, поступающие на формирователь прямоугольных импульсов регулируемой длитель­ ности, выполненный на ДН З Д і, Д 3 « Д 4. Развязка между ДН З осуществляется с поімощыо диодов Д 2 н Дъ- Прямой ток, обеспечи-

Ef -300В Eilos

Рис. 5.28. Схема генератора прямоугольных импульсов с формирователем на ДНЗ.

вающий -накопление носителей ;в базе диодов, подается через рези­

мени гТ«30 «с диод находится в стадии большой проводимости, поэтому напряженію на диоде остается близким к нулю. Затем диод резко восстанавливает свое высокое сопротивление и исходный им­ пульс с укороченным на 30 нс фронтом поступает через развязы­ вающий диод До на диод Д 3 с резким восстановлением. Последний

в свою очередь укорачивает еще на 30 нс фронт импульса. Суммар­ ное время t\ диодов Д і и Д 3 порядка 60 нс -несколько превышает

длительность фронта исходного импульса. Поэтому формируемый на Дз импульс имеет фронт, длительность которого определяется только временем -восстановления обратного сопротивления Д 3 и не

превышает 3— 4 нс. Таким образом, фронт импульса формируется

релаксатора с сформированным крутым фронтом беспрепятственно проходит -на нагрузку. Затем Д і быстро восстанавливает свое вы­

сокое сопротивление и импульс .на нагрузке обрывается. Длитель­ ность спада импульса определяется временем восстановления Д 4 и

не превышает 3—4 arc.

Амплитуда импульса на -нагрузке 7і5 Ом доходит до 20—30 В. Частота -повторения им-пульсов может изменяться в [10— 15 раз с из­

168

тивном случае длительность импульса релаксатора оказывается не­ достаточной для формирования импульса длительностью 100 .нс. Ге­ нератор может работать в ждущем режиме, если Tt запереть поло­

жительным напряжением и а базе.

При использовании быстродействующих ллюппных транзисторов,,

только для формирования заднего среза импульсов и хронирования их длительности.

Рис. 5.29. Схема генератора прямоугольных импульсов на лавинном транзи­ сторе н ДНЗ.

импульсы с временем нарастания менее 1 «с н амплитудой до 15— 20 В «а R n = 75 Ом. Полный разряд накопительного конденсатора С2

в подобных схемах .нежелателен, так как приводит к увеличению-

мых импульсов. В схеме рис. 5.29 длительность импульсов плавно регулируется от .5 до іІООис, а частота запуска доходит до 30—50мГц.

Иногда удобно формировать прямоугольные импульсы, длитель­ ность которых задала временным интервалом между двумя корот­ кими импульсами: запускающим и сбрасывающим. На рис. 5.30 по­

и резисторы Ri и іRn .(обычно !/?/,=R п = 60-н 100 Ом). Емкость конден­ сатора С1 выбирается большой (около 0,0!— 0,і1 мкФ), поэтому при

малых длительностях формируемых импульсов спад плоской верши­ ны .незаметен. При включении 7\ формируется передний фронт «

169'