На рис. 5.20 представлена схема рециркулятора с импульсной положительной обратной связью, свободная от отмеченного недостатка [105]. Она генерирует импульсы с частотой /о=1/4з. Это достигается за счет включения лиипи в качестве накопительного элемента, времена заряда и разряда которого равны 23. При открытом VT\, VT2 закрыт и происходит заряд линии. Прн этом положительный импульс на резисторе Рз поддерживает VTI в

Рис. 5.20. Схема рециркулятора с импульсной положительной обратной связь.ю

Рис. 5.21. Осциллограммы импульсов, снимаемых со стоков транзисторов схемы, приведенной на рис. 5.20: а - VTU б - VT2

Открытом состоянии. Спустя время 2з зарядный ток прекращается, что ведет к запиранию VT\ и открыванию 172. Линия начинает разряжаться через VT2 и резистор R4. Напряжение иа Р4 при этом имеет отрицательную полярность (в целом импульсы на R2> имеют вид меандра, симметричного относительно нулевой линии). Спустя время 2з заканчивается разряд линии и происходит новое переключение (и т. д.).

Для мягкого режима возникновения колебаний у рецнркуляторов необходимо выбрать рабочую точку транзисторов на линейном участке передаточной характеристики транзисторов. С этой целью в описанной схеме на затвор подается иапряжение смещения, снимаемое с делителя R\R2. В схеме осуществлена гальваническая связь между стоком VT\ и затвором VT2 через стабилитрон, устраняющий относительно высокое остаточное напряжение VT\. Достоинством этого генератора является также строгое ра-венстзо полупериодов колебаний по длительности, хорощая форма импульсов на стоке первого транзистора, больщая амплитуда импульсов на сравнительно малом (300 Ом) сопротивлении в цепи стока и малое (десятки наносекунд) время нарастания импульсов (рис. 5.21). Следует отметить, что описанные рециркуляторы практически некритичны к настройке и выбору напряжения питания

5.7. Генераторы прямоугольных импульсов с линиями задержки

Для формирования прямоугольных импульсов со стабильной длительностью целесообразно использовать регенеративные схемы, стабилизированные линиями задержки. Схема такого генератора импульсов наносекундной длительности приведена на рис. 5.22. В исходном состоянии VT\ открыт, а VT2 закрыт. Режим их работы выбран так, что петлевое усиление меньше 1, поэтому исходное состояние стабильно.

При поступлении через диод VZ)3 запускающего импульса на затвор VT2 последний открывается и начинается разряд ранее заряженной накопительной линии с распределенными постоянными через него и резистор RQ.

Сопротивление Р6 должно удовлетворять условию Рв+Лс вкл<р, где Леи вкл 1/5 -сопротивление канала включенного VT2. При Р=75 Ом это условие легко выполняется прн использовании VT2 типа КП901 или КП907.

Отрицательный импульс, возникающий прн разряде лнннн на резисторе Р6, через конденсатор С1 н диод VD\ поступает на затвор VT\ н запирает его. Г1роцесс переключения транзисторов имеет регенеративный характер, так как при их работе в линейном режиме петлевое усиление существенно выше 1.

Длительность импульса определяется временем разряда линии <и=2гэ. После разряда линии напряжение падает, VTI отпирается, VT2 запирается. Этот процесс также является регенеративным. Стадия восстановления характеризуется зарядом лнннн через резистор R5 и открывшийся днод VDA. Время восстановления /в=2*з. Осциллограммы импульсов на стоках VT\ и VT2 представлены на рис. 5.23.

Рнс. 5.22. Ждущий генератор с длительностью импульса, заданной отрезком коаксиального кабеля

Рис. 5.23. Осциллограммы импульсов иа стоке транзисторов 1/П (а) и m (б) рис. 5.22

Для формирования импульсов микросекундиой длительности целесообразно применять генераторы с накопительной линией с сосредоточенными параметрами. Работа генератора (рис 5.24) ничем не отличается от ранее рассмотренной.

лз-2-т

Г,2к

ГТЗЗвВ

RJ Ш

.mosA

Ьи-2В

Рнс. 5.24. Ждущий генератор с длительностью импульса, заданной линией с сосредоточенными постоянными

Рис. 5.25. Автоколебательный емкостной релаксатор на основе двухполюсника с лавинным и мощным МДП-транзистором

Описанные схемы являются функциональными аналогами хорошо известных схем релаксаторов с накопительными линиями и разрядными устройствами иа приборах с S-образиой ВАХ (тиристорах, лавинных транзисторах [52]). Однако в отлнчне от ннх онн используют ие негатроны, а работающие в ключевом режиме транзисторы. Это обеспечивает существенное повышение стабильности амплитуды импульсов н уменьшение их времен нарастания н спада (т. е. в конечном счете улучшение формы импульсов).

5.8. Генераторы наносекундных импульсов на лавинных и мощных полевых транзисторах

Генераторы прямоугольных иаиосекуидиых импульсов иа лавинных транзисторах просты схемотехнически н формируют импульсы с временем нарастания до 1 ис [52]. Однако амплитуда импульсов, их длительность н частота повторения ограничены импульсным перегревом структуры н малой Средней мощностью рассеивания (100 мВт для серийного лавинного транзистора ГТ338). Кроме того, для получения импульсов амплитудой около 10 В иа нагрузке 50 Ом необходимо использовать относительно высоковольтные лавинные транзисторы ГТ338Б с напряжением лавинного пробоя Ум = 50... 75 В, что ведет к увеличению необходимого питающего напряжения до 100...150 В

Указанные недостатки могут быть устранены при комбинации маломощных транзисторов ГТ338В с Ум = 25...30 В с мощными ПТ. На рис 5.25 [106] показана схема автоколебательного релаксатора на основе двухполюсника с лавинным и мощным МДП-транзистором. Такой двухполюсник имеет S-образную вольт-амперную характеристику, причем напряжение включения его задается напряжением включения Ув~Ум лавинного транзистора Прн Уз =0 ток включения /вкл=/рЧ-/с нач, где If, - ток включения лавинного транзистора, /с нач - начальный ток стока МДП-транзистора. Для уменьшения /с нач целесообразно запирать МДП-транзистор в паузах между импульсами, для чего и включается источник смещения £з<0

При включении лавинного транзистора происходит разряд конденсатора С через резистор и на затворе VT2 формируется импульс, амплитуда которого достигает значения Уи Уо-Ур= 15 ... 20 В. Этот импульс отпирает VT2, что существенно увеличивает ток разряда конденсатора С Следует отметить, что через лавинный транзистор протекает очень кратковременный (до 1 .. 2 не) импульс большого тока, обеспечивающий быстрый заряд входной емкости Сзи МДП-транзистора Затем ток быстро уменьшается до уровня около (Ур-Уе) ?з, ограниченного сопротивлением Ra, и далее относительно медленно падает по мере разряда конденсатора С Таким образом в генераторе облегчен энергетический режим работы лавинного транзистора

На рис 5 26 приведены осциллограммы семейства выходных импульсов релаксатора, снятые при различных номиналах С Из них видно, что при С= 150 пФ амплитуда импульсов на нагрузке 500 Ом достигает 10 В зз /ф=1 нс Заметим, что релаксатор только на лавинном транзисторе ГТ338В прн такой емкости формирует импульсы с меньшей амплитудой и ф = = 2 . 3 НС Уменьшение времени нарастания при использовании МДП-транзистора обусловлено его работой в резко нелинейном (ключевом) режиме и малыми значениями паразитных емкостей

Схема генератора прямоугольных импульсов на основе описанного двухполюсника показана на рис 5 27 Вместо накопительного конденсатора в нем применена накопительная линия с распределенными параметрами (отрезок коаксиального кабеля с высоким сопротивлением 75 Оч) Как видно из рнс. 5 28, выходной импульс имеет времена нарастания и спада около 1 нс при амплитуде порядка 3,5 В (/?н = 25 Ом)

Частота повторения импульсов в описанных схемах задается постоянной времени заряда С или линии через резистор Rl Генераторы устойчиво

работали при синжеиии R2 до 1,5... 2 кОм, что в релаксаторах на одиож лавинном транзисторе недопустимо из-за их чрезмерного перегрева Частота повторения импульсов определяется известным выражением [ЛгС 1п (UJ (Уп-Ур))]~. где для схемы рнс. 5.27 емкость С есть полная емкость накопительной линии.

l/f- f/0 *,3к

Рис. 5 26. Осциллограммы импульсов, формируемых релаксатором, приведенным на рис 5 25, при С=27, 62 н 150 пФ

Рнс. 5 27. Релаксатор с накопительной линией на основе двухполюсника с лавинным и мощным МДП транзистором

В рассмотренных схемах затруднена плавная регулировка амплитуды выходных импульсов и, кроме того, в схеме с накопительной линией желательно точное согласование линии с нагрузкой для устранения отражений в линиях, искажающих форму импульсов. Это повышает критичность генераторов к настройке. Отмеченные недостатки можно устранить, комбинируя задающий генератор на лавинном транзисторе с ключом на мощном .ЧДИ-транзисторе Прн этом ключ используется как быстродействующий усилитель-ограничитель Он существенно улучшает равномерность вершины импульсов, развязывает нагрузку от задающего генератора и повышает нагрузочную способность генератора.

На рис 5 29 показана схема генератора с плавно регулируемой ампля-тудой импульса, которая достигается изменением напряжения питания Уж

Рис 5 28 Осциллограмма импульса, формируемого релаксатором, приведенным на рис 5 27

Рис 5 29 Генератор прямо\ го-ьных импульсов с запуском ключа на мощном полевом транзисторе от релаксатора на лавинном транзисторе с накопительной линией

ключа па мощном МДП-транзнсторе. Длительность импульса равна двум временам задержки накопительной линии НЛ (коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом н задержкой около 5 нс/м). На рис. 5 30 показаны осциллограммы выходных импульсов при различных значениях У.. Плавно изменяя Уп от 5 до 30 В, можно плавно менять амплитуду им-

от 3... 4 до 25 в. При этом длительность и время взрастания импульсов практически не меняются.

Благодаря ограничению вершины входных импульсов ключом при фик-сироваииои амплитуде выходных импульсов можно использовать более про-

Рис. 5.30. Осциллограммы схемы, приведенной на рис. 5.29, иллюстрирующие возможности электронной регулировки ам-плитуды импульсов

Рис. 5.31. Генератор импульсов на базе ключа иа мощном МДП-транзисторе н емкостного релаксатора иа лавинном транзисторе

етую схему (рис. 5.31). В этой схеме емкостной релаксатор на лавинном транзисторе формирует (прн разряде С1 через лавинный транзистор и R3)

ка затворе МДП-транзистора импульс ам-I apJ I I I 1 \ I I плитудой до 20... 25 В с коротким (по-

- JI ------ рядка 1 не) фронтом и экспоненциальным

спадом. Ключ на МДП-тракзисторе среза-

ет экспоненциальную вершину импульса, что позволяет получать на выходе и.м-пульс с плоской вершиной. Длительность импульса задается постоянной времени C\Ri. Осциллограммы импульсов показаны на ,рис. 5.32.

Генераторы работают в автоколебательном режиме. Однако при снижении Uy. до 50... 60 В, а также используя способы, описанные в [52], они могут быть переведены в ждущий режим работы, в которо.м запускаются импульсами отрицательной полярности с малой амплитудой 0,5... 1 В и имеют время задержки запуска 1 ... 2 не. Более мощные МДП-транзисторы КП907 обеспечивают получение в этих схе.мах им-до 1...2 А прн Ри=10...30 Ом и времени переключения

Рнс. 5.32. Осциллограммы импульсов генератора, приведенного на рис. 5.31 на затворе VT2 (а) и стоке при f;n=30 В (б) и 20 В (в)

нульсов тока 0,5... 1 не.

5.9. Генераторы импульсов с широким спектром

Одним из применений импульсов малой длительности является создание сетки (спектра) частот nfi, пропорциональных частоте повторения и.мпуль-сов fu Частота fi обычно стабилизируется кварцем, что позволяет создавать сетку высокостабильных частот, применяемую в синтезаторах частот, калибраторах радиоприемников и передатчиков.

Спектральная плотность импульсов u(t)

S(M)=.J u{t)exp{i(i)t)dt О

для угловых частот (0=2я/<1/<и оказывается практически постоянной в равной вольт-секундной площади импульсов 5ц длительностью по основанию tn.

При <н = 2,5 не имеем /63,7 МГц, т. е. для получения равномерного спектра гармоник в диапазонах КВ и УКВ нужны импульсы длительностью единицы наносекунд и менее. При амплитуде импульсов 20 В, 5и=10 В не и /, = 100 кГц амплитуда гармоник составляет 2 мВ, что достаточно для калибровки радиоприемных устройств ДВ, СВ и КВ диапазонов.

На рис. 5.33 представлена схема генератора, формирующего субнано-

Вх ич et t,o

о-Ik-

сггт

ВхИЧо

к/ Л fZ

RS SO

угг гтззе, т кпзоза

Рис. 5.34. Генератор спектра гармоник с амплитудной модуляцией

Рис. 5.33. Генератор субнаносекуид-ных импульсов с широким спектром гармоник

секундные импульсы с активной длительностью около 0,7 ис при амплитуде 4,5 В иа нагрузке 50 Ом. Спектр импульсов равномерен до частот свыше 200 МГц. Генератор содержит релаксатор на лавинном транзисторе, клюя на мощном СВЧ МДП-транзисторе и формирователь на диоде с накоаяе-ннем заряда VDI. Для стабилизации частот спектра генератор на V7 l надо запускать илн синхронизировать импульсами, полученными от генератора с кварцевой стабилизацией.

Как отмечалось (см. рис. 5.29), генераторы импульсов на основе ключа на мощном МДП-транзисторе обеспечивают возможность регулировки амплитуды импульсов изменением напряжения i/c. Это позволяет создавать генераторы амплитудно-модулированного спектра [109] (рис. 5.34). В таком генераторе амплитудная модуляция одновременно всех частот спектра достигается изменением напряжения £/с(0 = св-1-ц81п{2лЙ0 по синусоидальному закону с частотой Q и глубиной модуляции т (/м/((/с -Уоот), где f/ - амплитуда переменной составляющей напряжения модуляции. Генератор на лавинном транзисторе запускается с частотой \\ (обычно 10... ... 100 кГц). Гармоники генератора легко воспринимаются любым радио-прие.мннком ДВ-, СВ- н КВ-диапазонов, принимающим сигналы с амплитудной модуляцией.

5.10. Релаксационные генераторы на Л-диодах и транзисторах

Описанные в § 3.9 устройства на А-днодах и транзисторах могут нс-пользоваться для построения генераторов релаксационных колебаний микро-секундного диапазона длительностей и выше.

Теория негатронов с Л нлн N-образнымн ВАХ [80] показывает, что релаксаторы на них должны иметь индуктивный накопитель энергии. На рис. 5.35,0 представлена типовая схема генератора иа Л-диоде. В завнсимости от режима работы она может выполнять функции как LC-геиератора синусоидальных колебаний, так и релаксатора.

Для автоколебательного режима работы линия нагрузки резистора R должна пересекать ВАХ в одной точке на падаюшем участке. Детальный анализ подобной схемы (рнс. 5.35,6) описан в [80]. Согласно ему при