его затвором включен резистор. Каскады усилителя на транзисторах VT4, VT6 выполнены с пспользовагием диссипативных корректирующих цепей, позволяющих обеспечить близкий к максимально возможному коэффициент усиления каскада при заданных полосе пропускания и неравномерности АЧХ.

Выходной каскад усилителя собран на транзисторах VT8, VT9 по схеме со сложением напряжений и параллельным питанием. Его АЧХ корректи-

/>->-v.

If 1.0,/S

S1 УТ5

гоот 100 MWt

С1>-С±1-

АПША

о -ЗВ

-0-12 В

VB1-VB5 2ЛГЗЗА Ш ZMfSSA

Рнс. 6.47. Принципиальная схема импульсного усилителя с субнаиосекунд-ным временем установления

руется с помощью ускоряющей емкости в базе транзистора VTS. Для получения максимальной выходной мощности каскада емкость в цепи базы транзистора УТ% выбирается нз условия получения коэффициента усиления по напряжению, равного двум во всем диапазоне частот. Это эквивалентно О, обеспеченню входного оопротавления транзистора УГ9, равного 25 Ом.

Усилитель имеет следующие характе-рястики: коэффициент усиления 32 дБ; яе-равномерность АЧХ ие более ±1 дБ в диапазоне частот 50... 1500 МГц; выходная мощность 1,5 Вт; коэффициенты стояче* волны по входу и выхюяу не более 2 и 3 соответственно; глубина регулировки усиления 20 дБ.

В [27] рассмотрен импульсный усилитель на мощных GaAs транзисторах с суб-нанооекундиым временем установления. Схема усилителя (рж. 6.47) состоит нз трех каскадов, включенных по схеме с общим истоком на транзисторах VTI-УГЗ. Для передачи постоянной составляющей входного сигнала связи между каскадами выполнены по схеме сдвига уровня на стабилитронах У£>2-V£)6. Для повышения температурной стабильности усилителя первые два каскада охвачены отрицательной обратной связью: R\ и Л2, Cl и /?3, /?4 и С2. Диод УВ\ служит для температурной компенсации первого каскада по постоянному току.

Рнс. 6.48. Осциллограммы входного (луч /) и выходного (луч 2) импульсов напряжения

Для коррекции фронта переходной характеристики во втором каскаде используется простая индуктивная коррекция. Каскад на транзисторе VT4 позволяет изменять положение рабочей точки транзистора VT ! и тем самым плавно регулировать амплитуду выходного сигнала. С помощью траизисюра УТЬ осуществляется смещение базового уровня выходного сигнала.

На рис. 6.48 приведены осциллограммы входного и выходного импульсов усилителя. Из иих видно, что данный усилитель имеет время установления около 0,2 НС при амплитуде выходных импульсов до 3 В иа нагрузке /?н = 50 Ом и коэффициент усиления порядка 14 дБ.

Глава 7.

Импульсные устройства высокого быстродействия

7.1. Генераторы и формирователи нано- и пикосекундных

импульсов

В настоящее время в приборостроении, ядерной электронике, в волоконно-оптических линиях связи широко внедряются субнаносекуидные и пико-секундные импульсные устройства. При этом необходимы генераторы и формирователи с электронной регулиров:лой амплитуды, длительности, частоты повторения импульсов, смещения их базовой линии.

На рис. 7.1 представлена схема ждущего генератора, построенная с применением лавинного транзистбра 1/71, диода с накоплением заряда УО\ и мощного GaAs ПТ V72 [135]. Релаксационный генератор на лавинном

lf,*3SB UtO-rHOB и,-/ОЙ U-S..*SB 1-в..*ВВ

Рис. 7.1. Принципиальная схема ждущего генератора импульсов

транзисторе запускается импульсами, поступающими с выхода любого стандартного генератора, с помощью которого можно регулировать частоту в необходимых пределах.

Особенностью схемы оконечного каскада является возможность получения выходных импульсов как положительно/., так и отрицательной полярности. При положительном питающем напряжеьии [/4 этот каскад представляет собой схему с общим истоком, причем на нагрузке формируется импульс положительной полярности. При отрицательном напряжении [/4 оконечный каскад будет работать как схема с общим стоком. В этом случае на нагрузке формируется импульс отрицательной полярности. Такое включение транзис-

тора VT2 допустимо, так как структура GaAs ПТ является симметричной. Однако необходимо следить за тем, чтобы запирающее смещение, подаваемое на затвор транзистора, всегда было более отрицательным, чем напряжение питания.

Изменяя ток через днод с накоплением заряда путем регулировки напрч-ження U2 в указанных пределах, можно регулировать длительность импульсов в пределах 0,3 ... 20 не. Изменяя напряжение t/4, можно регулировать амплитуду выходного импульса на нагрузке /?и = 50 Ом в пределах О... 6 В, а с помощью регулируемого источника Us осуществлять плавное смещение импульса относительно нулевой линии в пределах ±5 В. Минимальная длительность формируемых импульсов порядка 1 не, а их время нарастания и спада около 150 пс.

На рнс. 7.2 показана схема низкочастотного генератора субнаносекундных прямоугольных импульсов отрицательной полярности [136]. На лавинном транзисторе VTI выполнен задающий генератор по схеме релаксатора, фор-

>ii >iB у и

Rhc. 7.2. Принципиальная схема низкочастотного генератора субнаносекундных импульсов

мнрующий импульс с длительностью фронта /ф 300 пс. Этот генератор может работать как в ждущем, так и в автоколебательном режиме, в который он переходит при увеличении напряжения питания t/j до 35 В.

Сформированный лавинным транзистором, нмпульс усиливается двух-каскадным усилителем на полевых транзисторах V72, УТЪ, работающих в нелинейном режиме. Это позволяет уменьшить длительность фронта импульса до /ф=100 пс. Выходной нмпульс усилителя подается на вход формирователя с накопительной линией (отрезок коаксиального кабеля с волновым сопротивлением р=50 Ом), выполненного на транзисторе V74. Плавная регулировка амплитуды выходных импульсов в пределах 1,5 ... 2,5 В осуществляется с помощью источника тока, собранного на транзисторе 1/75, который изменяет положение рабочей точки транзистора VT2. Изменение длительности формируемых импульсов в широких пределах осуществляется путем изменения длины накопительной линии: я = 2 з, где / - длина кабеля, 1з - погонная задержка кабеля. Индуктивности L1-L6 и конденсаторы С1-С7 включены для развязки по цепн питания. Прн этом индуктивности выполнены иа ферритовых сердечниках размером 7X4X2 н содержат 10 витков провода ПЭб-0,2. Время нарастания формируемых импульсов составляет порядка 100 пс, а время спада около 150 пс. Частота импульсов генератора може- изменяться в пределах 0,2 ... 300 кГц.

На рис. 7.3 представлена схема импульсного генератора, работающего в автоколебательном режиме [135]. Она обеспечивает формирование импуль-

¥77

St 1

КТ939А

\1 VB 1.20733А

Ui-S-.-WB

Рис. 7.3. Принципиальная схема автоколебательного генератора

сов в диапазоне частот до 400 МГц. Задающая часть автогенератора выполнена на биполярных СВЧ-транзнсторах V71, VT2 разного типа проводимости, образующих схему мультивибратора с эмиттерной времязадающей цепью Каскад на транзисторе УГЗ осуществляет обострение фронта и среза задзюии.ч импульсов.

Оконечный каскад генератора выполнен на основе каскодной схемы. Такое включение реализует потенциальные возможности и биполярного транзистора, включенного по схеме с общей базой, и полевого Кроме того, в этой с,\еме частично преодолевается такой недостаток GaAs ПТ, как нх невысокое (8 В) допустимое напряжение сток-исток. Длительность и частота повторения импульсов этого генератора изменяются путем изменения напряжений питания t/ U автоколебательного мультивибратора, а амплитуда импульсов регулируется с помощью напряжения питания i/4 оконечного каскада.

Схема высокочастотного генератора прямоугольных импульсов приведена на рис. 7.4 [136]. На транзисторе УТ1 выполнен задающий генератор синусоидальных колебаний. Резистором R выбирается оптимальный режим работы генератора по постоянному току прн минимальных искажениях формы выходного сигнала. Частота колебаний генератора определяется параметрами резонатора, выполненного на несимметричной полосковой линии. При ширине W = 2A мм и ее длине /=63 мм была получена частота генерации /г~1 ГГц. Подстроечным конденсатором С можно менять частоту в пределах ±3%.

Транзистор VT2, включенный по схеме с общим истоком, служит для ограничения синусоидального сигнала, которое осуществляется, с одной стороны, уровнем питающего напряжения иа стоке транзистора, а с другой - использованием прямосмещенного перехода Шотки. Выходной каскад собран на транзисторе VT3 по схеме повторителя в инверсном включении, что позволяет значительно снижать выходную паразитную емкость между массивным корпусом транзистора VT3 и общей щ:шой, а также уменьшать входную емкость этого каскада, которая в данном включении становится Сзс, а не CjH (Сзс<Сзи).

На рис. 7.5 приведены осциллограммы синусоидального к импульсного сигналов. Из них видно, что при частоте следования импульсов порядка 1 ГГц, время нарастания н спада импульсов составляет около 150 пс. При

более тщательном исполненнн конструкции генепятпп n,ow

спада может быть уменьшено до 50 . 60 пс Р °Рз Р* нарастания и

*tOB -юв

ГООкк

Рнс. 7.5. Осциллограммы синусоидального сигнала (луч /) и выходного н.мпульс-ного сигнала (луч 2)

-t- Рис. 7.4. Принципиальная схема высокочастотного генератора прямоугольных импульсов

На рис. 7.6 представлена принципиальная схема формирователя импульсов тока с субнаносекундными фронтами [137]. Задающий генератор импульсов выполнен на лавинном транзисторе VT\ по схеме релаксатора с нако-

t/2*7B и,- 7В

Рнс. 7.6. Принципиальная схема формирователя субнаносекундных импульсов

тока

!IIn! ° линией. Для формирования крутого спада задающего импульса оо?т,а накоплением заряда VD\. Когда диод находится в

1-остоянии высокой проводимости за счет тока смещения, текущего or ис-

точника Vz. .ч.мпульс рела сатора с крутым фронтом беспрепятственно проходит на вход следующее каскада. С помощью R\ .можно изменять вре.чя открытого состояния диода VDl, тем самым регулируя длительность импульса в г,:;еделах 2... 15 нс. Полученный п.мпульс далее усиливается двух-каскад..им усилителем на транзисторах КГ2, VT3, работающих в нелинейном ре>К1!.ме, что позволяет улучшать вершину импульса и уменьшать времена ;арастания и спада. Для согласования усилитетя с мощным выходным каскадо.м используется повторитель напряжения на двух инверсно включен-иы.х и запараллелекных транзисторах 1Т4, УТЪ. Этот узел позволяет снизить постянную времени входной цепи оконечного каскада, выполненного на трех параллельно включенных ПТ \Т1-1/7 9.

.Амплитуда токовых импульсов рсу.к-руется с помощью каскада на транзисторе \Т6 (резистор /?2), изменяющего релим раб.ты ПТ 172. Для Koppei-.ai:ii фо.гтов им-ульсов введекы индуктивности L!-L?, намотанные проводо.м ПЭВ-0,3 на ферритовые сердечники диа:етром d = 3 мм и содер-.каш.е 5 и 3 витка соответствегго. Этот фор.мироватгль обеспечивает в низ-коомний нагрузке /?н = 0,5 Ом и.мпульсы тока а.мплитудой около 10 А при временах переключения порядка 800 пс и частотах следования сотни мегагерц.

В настоящее вре.мя разработаны быстродействующие интегральные схе.мы эмиттерно-связанной логики (серии 100. 500, KI500) с рабочими частотами до 400 МГц и сверхбыстродействующие GaAs микросхемы (серия 6500) с рабочими частотами до 1 ГГц. Поэтому в ряде случаев прн построении быстродействующих генераторов и формирователей их схемы управления целесообразно строить на таких микросхемах малой и средней степени интеграции. Это значительно упрощает схемотехнику задающих каскадов и позволяет обеспечить идентичность параметров при пх тиражировании (138, 139], а сверхбыстродействующие дискретные приборы использовать только для усиления импульсов управления по мощности и улучшения их динамических параметров.

На рнс. 7.7 представлена схема формирователя импульсов, поступающих от схемы управления, выполненной на микросхемах серии К1500. Так как

В2.1

*SB -*,SB

В2.2

хтзш

ifMH 300

*w тХ

шо П1

13 Т

-20Ва-

*700j-

2031 1

ао 100

гс15бл

m --

вш АШ2А

0,15

1,2H

Рис. 7.7. Принципиальная схема формирователя импульсов

логический перепад напряжения у этих микросхем невелик (около 0,75 В) и, кроме того, эти микросхемы формируют импульсы напряжения отрицательной полярности, то для получения положительного выходного напряжения необходимой амплитуды с хорошими динамическими характеристиками здесь используется несколько каскадов предварительного усиления и формирования.