Формирователь импульсов

 

О П И С А Н И Е (ii) 4443l2.

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВКДЕТЕЛЬСТВУ

Со)оз. Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства 312374 (22) Заявлено 23.02.73 (21) 1885492/26-9 (51) М. Кл. Н 03k 5/01 с присоединением заявки №

Государствеииый комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретеиий и открытии (32) Приоритет

Оп1.бликовано 25.09,74. Бюллетень ¹ 35 (53) УДК 621.373.52 (088.8) Дата опубликования описания 11.05.75 (72) Авторы изобретения

К. П. Суворов и Г. И. Готлиб (7I) Заявитель Институт электроники и вычислительной техники АН Латвийской ССР (54) ФОРМИРОВА1 ЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ

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 коллекторного 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

1() диапазоне входных сигналов диапазон изменения напряжения на входном туннельном диоде также широк, что еще более осложняет выбор оптимальной величины базового резистора шунтирующего транзистора.

15 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 эмиттерно25 базовому переходу шунтирующего транзистора подключен дополнительный туннельный диод.

На фиг. 1 дана принципиальная схема предлагаемого формирователя; на фиг. 2 — вре30 менные диаграммы его работы.

444312

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 диодно-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

U„„— напряжение на входе;

Уд — напряжение на входном туннельном диоде 2;

U — напряжение на входе 12 диодно-резистивного переключателя тока;

Uq — напряжение на выходе 5 этого переключателя;

Уд3др 6д 3др напряжения на смещенных в прямом направлении обращенных диодах 3 и

13 (падения напряжения на них малы);

Сд3ддр напряжение на смещенном в обратном направлении обращенном диоде 3 (падение напряжения на нем велико);

U io — напряжение на дополнительном туннельном диоде 10;

U > — 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 (меньший пикового тока диода 2), вызывающий на прямосмещенных обращенных диодах 3 и 13 падения напряжения U„,ð и

Up<3 p (см. фиг. 2). Суммой этих напряжений транзистор 6 выходного каскада смещен в сторону отпирания. Так как напряжение на выходе 12 мало (Ug3„p на фиг. 2), то туннельный диод 10 находится в низковольтном состоянии, ток через него мал, а шунтирующий 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 меньше пикового тока туннельного диода 10, поэтому последний находится еще в низковольтном состоянии. Рост напряжения на входе 12 вызывает запирание обращенного диода 3 и переключение тока рези5

65 стора 4 в оазу транзистора 6. Это приводит к отпиранию последнего и как следствие переключению туннельного диода 7 в высоковольтное состояние, т.е. на выходах формирователя в момент t> появляются сигналы. Переключение диода 7 вызовет повышение напряжения на выходе 5 диодно-резистивного переключателя, ток резистора 4 через диод 3 потечет на вход 12 переключателя тока в базовую цепь шунтирующего транзистора. Этот ток намного превышает пиковый ток туннельного диода

10, поэтому последний форсированно переключается в высоковольтное состояние, при этом транзистор 9 открывается в момент tz и шунтирует 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 шунтирующего транзистора 9. Напряжение на входе

12 снижается до величины падения напряжения на диоде 3 в обратном направлении (на временной диаграмме — Уд3(>др) 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 превышает 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 шунтирующего транзистор а.

Такое состояние схемы — транзистор 6 и диод 13 закрыты, транзистор 9 открыт, тунпельпый диод 10 в высоковольтном состоянии — будет продолжаться в течение времени действия входного сигнала до момента t4, когда ток через входной туннельный диод станет меньше тока минимума. После этого диод 2 переключи ся 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 диод 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 цепи транзистора 9. Это исключает влияние амплитуды входного сигнала на степень насыщения транзистора 9 и позволяет оптимизировать ток его базы. Переключение туннельного диода 10 в

444312

Фиг s

Uy> np

uy>g np

/1 — д-., Фиг 2 высоковольтное состояние и соответственно включение шунтирующего транзистора 9 согласовано по времени с переключением выходного туннельного 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 уменьшает степень насыщения и время восстановления транзистора 9. Этому

>ке способствует малое дифференциальное сопротивление первой восходящей ветви туннельного диода 10 после его переключения на эту ветвь (в момент t4 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 следования входных сигналов может быть сколь угодно малой. Верхняя граница частоты определяется частотными свойствами применяемых полупроводниковых приборов и сущест5 венно превышает предел, достигаемый прототипом.

Предмет изобретения

10 Формирователь импульсов по авт. св. № 312374, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности формирователя и расширения динамического диапазона входных сигналов, вход диодно-ре15 зистивного переключателя тока, выполненного на обращенном диоде, через дополнительный резистор соединен с источником питания и через дополнительный обращенный диод — с входным туннельным диодом, а параллельно

20 эмиттерно-базовому переходу шунтирующего транзистора подключен дополнительный туннельный диод.