Первый каскад формирователя выполнен на транзисторах VT1-VT6, включенных по схеме Джильберта и работающих прн фиксированном токе эмиттеров. Этот каскад обеспечивает формирование импульсов напряжения амплитудой до 5 В с фронтом н срезом порядка 0,4 ... 0,5 не. Затем полученные импульсы усиливаются по мощности с помощью несимметричного токового переключателя (транзисторы VT7 и VIS) н далее поступают на вход триггера Шмитта, который формирует импульсы в нагрузке Ra= = 51 Ом с фронтом и срезом порядка 0,1 ...0,15 не.

На рис. 7.8 показан формирователь, предназначенный для увеличения амплитуды выходных импульсов, поступающих от схемы управления, построенной иа микросхемах серии 6500. В этой схеме паразитные емкости

U,*if...4B

т о

Апвогг

I.Sh

\S0 Uf-SB о-

f,SH Вш

X,A1JS0ZA

j. В,зЛ1. 330

Рнс. 7 8. Принципиальная схема формирователя со схемой управления иа микросхеме 6500ЛР1

Рис. 7.9. Осциллограммы входного импульса (луч /) и выходных импульсов (лучи 2, 5, 4) формирователя

нагрузки очень быстро заряжаются с помощью источника тока, выполиеиного иа транзисторе V71, а разряжаются через небольшое сопротивление канала открытого транзистора VT2. Изменяя напряжение питания формирователя Vl в пределах 4 ... 8 В, можно регулировать амплитуду выходных импульсов в пределах 2 ... 5 В без ухудшения динамических характеристик. На рис. 7.9 показаны осциллогра>.:м-л входных н выходных импульсов этого формирователя.

Для обострения сформированных таким образом импульсов необходимо использовать диод с накоплением заряда, как показано на рис. 7.10. Для эффективной работы осострителя необходимо, чтобы заряд, накопленный в диоде V01 за время протекания через него прямого тока, был удален из него за время фронта входного сигнала.

взоолр/

Рис. 7.10. Принципиальная схема формирователя с диодом с иакоплеинем заряда

72. Быстродействующие формирователи высоковольтных и сильноточных импульсов

Для запуска мощных лазерных решеток, перемагничивання магнитных сердечников, для оценки характеристик мощных переключательных полупроводниковых приборов необходимы формирователи сильноточных н высоковольтных наносекундных импульсов. Такие формирователи на токн до единиц ампер, построенные на мощных МДП-транзисторах с горизонтальным каналом, описаны в [13]. Мощные МДП-транзисгоры с вертикальной структурой существенно превосходят приборы с горизонтальны.м каналом по величине коммутируемого тока и напряжения, что делает перспективным построение на них мощных формирователей наносекундных импульсов.

В схеме, представленной на рнс. 7.11, а, выходной каскад выполнен

.ЗОВ

Ш01 Y

Н/19С1

о-5в

Рнс. 7.11. Принципиальная схема формирователя с выходным каскадом, включенным по схеме с общим истоком (а) и с выходным истоковым повторителем (б)

на ОСНОВ мощного МДП-транзистора, включенного по схеме с общим истоком [14С] В формирователе, показанном на рис. 7.11,6, выходной каскад построен по схеме с общим стоком (истоковый повторитель). Время переключения -зщных Л\ДП-транзисторов в основном определяется постоянной времен;! v\ .входной цепи:

где св1 Сэи--(1-1-Яи)Сзс - для схемы рнс. 7.11,а н свж = сз1:--(1-<и)Сзи- для схемы рис. 7.11,6; -сопротивление генератора управляющих сигналов; Ki - коэффишюкт усиления каскада по напряжению. Кооме того, для полной раскачки по току мощных МДП-транзисторов с вертикальггым каналом необходимы импульсы входного напряжения £/е.т= 15 ... 20 В. Таким образом, быстрый запуск этих транзисторов требует разработ:;и предварительных каскадов, способных заряжать и разряжать входные емкости в сотни и тысячи ппкофарад за время в единицы-десятки иаиосекуид.

В формирователях (рис. 7.11) запуск выходного каскада осуществляется от двухтактного ключа на МДП-транзисторах VT4, VT5, управляемого дифференциальным каскадом на биполярных транзисторах VT1, VT2 с токо-стабилизирующей цепью на V73 в цепи их эмитгеров. При этом формирователь можно запускать сигиало.ч непосредственно с выхода ЭСЛ-мнк;зо-

схем, а прн нсключеннн резистора R1-с выхода ТТЛ- и ТТЛШ-мнкросхем. Напряжение смещения Ucu выбирается порядка -1,2 В для ЭСЛ н 1,4 В для ТТЛ- н ТТЛШ-мнкросхем.

На рнс. 7.12, а, б представлены осциллограммы импульсов на входе и выходе мощных выходных каскадов, построенных на транзисторах К.П909,

*S.. *ZSB -o

YT2 КП9П

*300 SOOS

гон m mil

Рнс. 7.13. Принципиальная схема высоковольтного формирователя импульсов напряжения

-f- Рнс. 7.12. Осциллограммы импульсов на входе оконечного каскада (луч /) н тока в нагрузке для транзисторов КП911 (луч 2), КП909 (луч 3), КП913 (луч 4) в схемах на рис. 7.и,а,б

КП911, КП913. Из них видно, что эти транзисторы могут формировать импульсы тока амплитудой 14 ,9, 20 А в нагрузке /?н=0,5 Ом прн временах

нарастания и спада соответственно 9, 4, 15 нс. При этом выходной каскад на МДП-транзнсторе с общим стоком обладает меньшими временами за-деожки включения н выключения.

На рис. 7.13 представлена принципиальная схема высшовольтного формирователя импульсного напряжения, в оконечном каскаде которого использованы высоковольтные МДП-транзнсторы КП701 и КП702 [141]. В этом формирователе схема возбуждения выполнена на транзисторах VTI - VT4, причем для перезаряда динамической входной емкости оконечного каскада используются попеременно открывающиеся мотнне .\1ДП-транзисторь! VT3, 1/74 с максимальным током до 5 А. Транзисторы VTI, VT2 обеспечивают предварительное усиление импульсов напряжения, поступающих с выхода задающего генератора, который может быть построен на ТТЛ- и ТТЛШ-мнкросхемах.

На рнс. 7.14 представлены осциллограммы нмпул1.сов напряже-

ЗОяс

Рнс. 7.14. Осциллограммы импульсов на входе (луч /) и выходе (лучи 2, 3) оконечного каскада формирователя

ння, полученных в нагрузке R = 50 Ом прн использовании в выходном каскаде КП701 (луч 3) и КП702 (луч 2). Как видно, время переключения напряжения 300 ... 500 В составляет 10 ... 15 не.

Как было отмечено ранее, температурный коэффициент тока стока мощного ИТ имеет отрицательный знак, благодаря чему при параллельном

соеднненнн нескольких приборов нх токн автоматически выравниваются. Это позволяет увеличить допустимый коммутируемый ток в нагрузке формирователя.

В схеме формирователя (рнс. 7.15) пятнадцать ПТ VTI-Vri5 соединены параллельно, что обеспечивает значение тока в импульсе, равное 150 А [142]. В первый момент через ПТ с максимальной крутизной будет проте-

Вх о- LT

№3/ 100

гго ms

о.оо1 к тт2 W

..100\

-у 0,0033нх

1frP5t/¥0

YT17

ггтггт

0,001 их ЛР

ЪоЗ/иН

К1 100

Зае ый I

3 \npi/l3ep I

О, ООО ПК .70

т тв

- vn

0,003 Mlff/g

0,01нк±. VBt

X т

т-тз

VT15 МТРЗШ

П270

-ШнЛ-ЗОмк X

+Е +Г

-/60В о

XPfilMH

Рис. 7.15. Принципиальная схема мощного формирователя

кать наибольший ток стока н на нем будет рассеиваться значительная мощность. С ростом температуры сопротивление канала этого транзистора будет возрастать, тем самым ограничивая ток стока. Такой процесс саморегулирования будет продолжаться до тех пор, пока токи стокоо всех параллельно ВК.1юченных транзисторов в схеме не уравняются.

Для формирования тока запуска указанных полевых транзисторов используется с-хома на двух р-канальных ПТ V716 и FT17, соединенных параллельно. Зги транзисторы включаются отрицательным запускающим входным импульсом амплитудой 50 В. Через ограничительный резистор r\ и ускоряющий конденсагср С1 осуществляется управление затворами всех 15 транзисторов.

Для простоты па рисунке показаны только две цепи управления затворами транзисторов V71 и VT15, каждая из которых содержит резистор связи по постоянному току, укоряющий конденсатор и встречно включенные защитные стабилитроны. Для уменьшения времени вы..лючения схемы используется фиксатор на л-канальном ПТ VTIS, который включается срезом входного импульса и подаот запирающее напряжение на затворы транзисторов VT1 -VTi5. Данный формирователь позволяет переключать ток силой до 150 А при напряжении 140 В, причем время установ.шния напряжения не превышает 10 нс, а время нарастания тока составляет порядка 250 нс.

На рнс. 7.16 представлен формирователь токовых импульсов, в котооом ток около 40 к коммутируется шестью параллельно соединенными транзисторами КП909А [143]. Этн транзисторы включены по схеме с общим стоком, что позволяет избежать эффекта Миллера, связанно-о с наличием значительных проходных емкостей. Однако и в этом случае входная динамическая

емкость оконечного каскада имеет относительно большую величину порядка 1000 пФ. Чтобы перезарядить такую емкость с достаточной скоростью, предоконечный каскад построен на транзисторах VT3-VT5 по двухтактной схеме. На транзисторах VT1, VT2 собран комплементарный каскад усиления по току сигнала, поступающего иа вход транзистора VT3. Ждущий мультивибратор, собранный на ТТЛШ-микросхеме серии 531, формирует необходимую

Запуск

т ЗЗШЗ

Рис. 7.16. Принципиальная схема формирователя токовых импульсов

длительность токовых импульсов. Изменяя напряжение питания МДП-транзисторов, можно регулировать ток в нагрузке в широких пределах.

Данное устройство формирует импульсы тока порядка 40 А длительностью 50 ..250 НС с временами нарастания и спада около 20 ис иа эквивалентной нагрузке 0,25 Ом.

При построени1т формирователей сильноточных импульсов следует особое внимание уделить рациииальнсх.у размещению ПТ оконечного каскада для сведения к минимуму паразитных реактивностей в цепи протекания импульсного тока Включение параллельно нагрузке нескольких быстродействующих диодов способсиуст эффективному подавлению высокочастотных осцилляции. Целесообразно в различных точках вдоль шины питания включать безыидуктивные в!.:сокочастотиые конденсаторы.

Для получения высочовольтных сильноточных импульсов желательно использовать каскодные формирователи, которые реализуют потенциальные возможности и биполярных, и полезых транзисторов. Схема формирователя такого типа показана на рнс. 7.17 [144].

Транзисторы Vri - VT4 образуют предоконечный каскад формирователя. Импульс от внешнего ма.,омощного генератора подается на VT\ и V72, которые непосредственно соединены с V73 и VTA соответственно. Диоды VDX-VD3 являются ограничительными, предотвращающими насыщение транзистора VT3 во время фронта входного импульса. В оконечном каскаде формирователя используется каскодное включение десяти МДП-транзисторов и двух биполярных транзисторов. Базы биполярных транзисторов заземлены по переменному току с помощью развязывающих керамических конденсаторов с очень низким импедансом. Каскодное включение позволяет свести к минимуму влияние проходных емкостей МДП-транзисторов, улучшая тем самым быстродействие схемы.

Напряжение на стоке ПТ выбрано такой величины, чтоСы скомпенсировать падение напряжения иа внутренней индуктивности (10 . 20 нГн) эмиттера биполярного транзистора при включении каскада , кроме того, чтобы ПТ смогли выдержать выброс напряжения (10... 20 В) иа этой индуктивности. Выходные биполярные транзнсгоры работают в режиме геиератора тока, поэтому короткие замыкания не страшны. Для защиты выходных транзисторов от выбросов напряжения используются быстродействующие подавители псречодных процессов VDA и VDo, которые хорошо работают

пои нагрузке с низким импедансом. Такой формирозатель ооеспечйвает импульсы до 5 кВт при номинальной длительности 20 не. Это означает, что схема способна формировать импульсы напряжения до 250 В илн тока до 30 А.

УТ7-1ГТП VMBSAF

Рис. 7.17. Принципиальная схема Рис. 7.18. Принципиальная схема каскодиого формирователя высоко- формирователя импульсов с парал-ъолътчы силыюточиых импульсов дельным включением каскодных схем

и схем их управления

Увеличение числа параллельно включенных МДП-транзнСторов приводит к возрастанию коммутируемого тока, но одновременно увеличивает длительность фронта и среза импульсов тока. Это связано с тем, что возрастает су.ммарная входная емкость, а она главным образом и определяет время переключения тока в нагрузке.

Для уьеличения амплитуды тока при сохранении высоких динамических параметров схемы вместо параллельного включения мощных МДП-траизнсторов целесообразно использовать параллельное включение отдельных формирователей с раздельным их запуском. При таком способе управления оконечными формирователями удается уменьшить времена переключения примерно в 1,5 раза.

На рис. 7 18 представлен формирователь сильноточных высоковольтных импульсов с параллельным включением каскодных схем и схем их управления [145]. Схемы управления обеспечивают быстрый перезаряд динамических ev костей мощных МДП-транзисторов, так как имеют небольшие выходные сопротивления. Входной управляющий сигнал может быть сформирован с помощью интегральных ТТЛШ-микросхем с повышенной нагрузочной способностью. Данный фор.мирователь обеспечивает в иизкоомной нагрузке Ля1 Ом получение импульсов тока до 60 А с временами фронта и среза менее 20 не. 7.3. Импульсные устройства для исследования динамических характеристик полупроводниковых излучателей

В настоящее время для волоконно-оптических линий связи в качестве источников света широко применяются полупроводниковые инжекционные лазеры непрерывного действия малой мощности [146-148]. Но при модуляции этих излучателей с высокой скоростью ([м1 ГГц) на форму передаваемого оптического сигнала существенное влияние оказывают переходные процессы в них.

При модуляции лазеров прямоугольными импульсами тока наблюдается временная задержка светового отклика э=Тс1п[/н/(/я-1а)], где /н -