формирует стабильный ток в нагрузке в диапазоне 1 ... 10 А прн изменении входного напряжения от 0,1 до 1 В при длительности выходного импульса тока, равной 2 мкс, и периоде повторения 8 мс. Прн этом потребляемая мощность не превышает 30 мВт, а длительность фронта 0,3 мкс.

Однако наиболее перспективными приборами для сверхвысокочастотных модуляторов полупроводниковых излучателей малой мощности являются GaAs полевые транзисторы. В одной нз первых работ, посвященных применению GaAs полевых транзисторов для модуляции лазерных диодов, была описана весьма простая схема модулятора, обеспечивающая формирование импульсов тока накачки с частотой до 0,2 ГГц.

На рис. 7.28 показан сверхвысокочастотный модулятор гетеролазерно-го диода со встроенным фотоприемником [154]. Частота колебаний задаю-

1/,ег...гов

\его i

ни нн

Рис. 7.28. Принципиальная схема сверхвысокочастотного модулятора гетеро-

лазерного диода

щего геиератора синусоидальных колебаний, выполненного на транзисторе Vri, определяется полосковым резонатором А\ (/=0,29, р=19,8 Ом, подложка ХС22). Для согласования генератора с входом формирователя (VT2-VT0) используется волновой трансформатор Чебышева Л2 (pi = = 8,97 Ом, /i = 0,25A р2=29,6 Ом, /2=0,25Я). Отрезки линии 1/4, а также конденсаторы и индуктивности выполняют функции развязки по питанию.

Модуляция частоты осуществляется варактором VD\ в пределах ±100 МГц от основной частоты 2 ГГц путем изменения напряжения U. Промежуточный формирователь построен иа ПТ VT2-VTA. Формирование импульсов тока накачки лазера осуществляется оконечным каскадом пс схеме повторителя, выполненным на ииверсио-включенном транзисторе VTS. Ток смещения лазерного днода задается постоянной составляющей тока транзистора УГ5, которая может изменяться подбором номиналов резисторов R\ и R2.

Стабилизация излучения осуществляется звеном обратной связи, содержащим встроенный в лазерный излучатель фотодиод, операционный усилитель D1 и транзистор УГ6. При изменении сигнала обратной связи на инвертирующем входе усилителя изменяется ток транзистора УГ6, что, в свою очередь, приводит к соответствующему изменению амплитуды выходного каскада формирователя и тока накачки лазера. Регулировка амплитуды тока накачки лазера осуществляется резистором /?3.

Данный модулятор позволяет получать импульсы тока с регулируемой амплитудой 0...150 мА при длительности фронта и среза 100 пс с ча-

стотой следования импульсов около 2 ГГц. На рис. 7.29 показаны осциллограммы напряжения иа выходе задающего геиератора и тока в нагрузке.

В [155] рассмотрен генератор наносекундных импульсов для модуляции полупроводниковых лазеров с применением мощных GaAs полевых транзисторов. Данное устройство .(ряс. 7.30) содержит одновибратор с пе-

рестраиваемой длительностью импульса И усилитель-формирователь на ПТ ,Vr2-V75.

Одновибратор выполнен на синхронном D-трнггере эмиттерно-связан-иой логики серии К1500. Длительность формируемого импульса определяется параметрами /?С-цепи. Одновибратор обеспечивает формирование импульсов длительностью 2... 25 не. Транзистор VT1 необходим для согласовавия уровней ЭСЛ с цепью внешнего генератора.

Сфорчнрованннй видеоимпульс отрицательной полярности амплитудой 0,7 В поступает иа усиштель-формиро-ватель. Первый каскад усилителя иа транзисторе VT2 работает в линейном режиме и усиливает (СИГнал до 3 В. Смещение транзисторов УТЗ и VTA подобрано таким образом, чтобы они работали в ключевом режиме, обеспечивая формирование фронта усиливаемого сигнала Выходной каскад на траи-

I Шк

Рис. 7.29. Осциллограммы импульсов напряжения ма выходе задающего генератора (луч /) и тока в нагрузке (луч 2)

Рис. 7.30. Принципиальная схема генератора наносекундных импульсов для модуляции полупроводниковых лазеров

сторе УТЪ предназначен для иепосредегввнной рабоггы иа полупроводниковый лазер. Данный модулятор позволяет получать квазипрямоугольные видеоимпульсы отрицательной полярности длительностью 2 .. 25 не с длитель-.шстью франта и среза 0,4 не и током накачки 0,1 А.

7.5. Источники импульсного питания мощных полупроводниковых излучателей и модуляторов лазерного : излучения

[ Мощные полупроводниковые лазерные решетки широко использу.отся в технике физического эксперимента, оптических локаторах, системах иоч-яого видения и др. Вследствие последовательно-параллельного включения в анх большого числа лазерных диодов такие решетки имеют большое эквивалентное сопротивление ( 1 ... 2 Ом) и требуют больших импульсных

токов иакачки (до 30... 60 А) прн значительном иапряженнн на инх (до 100... 120 В). Поэтому активные приборы в источниках импульсного электропитания лазерных решеток должны быть одновременно высоковольтными, сильноточными н быстродействующими (для получения импульсов длительностью 1я до 100 нс н длительностью фронтов 20... 30 ис). Для этих целен целесообразно использовать мощные переключающие МДП-транзнсторы с вертикальным каналом.

На рис. 7.31 представлена принципиальная схема импульсного источника электропитания полупроводниковых лазерных решеток 1156]. В этом устройстве применены два раздельных канала формирования тока, рабо-

КПОПА

27/ ISSAa В2 5У1ЛА12

Рис. 7.31. Принципиальная схема импульсного источника электропитаиня

полупроводниковых лазерных решеток

тающи.\ иа лазерную решетку. Такое включение формирователей обладает рядом достоинств; улучшаются динамические характеристики оконечных каскадов; облегчается режим работы предварительных каскадов усиления; повышается надежность системы в целом, так как при выходе из строя одного канала полного отказа источника ие происходит. Кроме того, такой способ построения формирователей позволяет наращивать число каналов для увеличения коммутируемого тока без значительного ухудшения динамических характеристик источника.

Пр.;дварнт:.тоные каскады усиления иа МДП-транзисторах и быстродействующих биполярных р-п-р транзисторах (VTI-V76) построены на основе двухтактных схем и обеспечивают быстрый заряд и разряд входных емкостей оконечных каскадов.

Задающий генератор выполнен иа микросхеме /51, в состав которой входят два одновибратора. Этот генератор может работать в автоколебательном нли ждущем режиме. В ждущем режиме (переключатель S в поло-женин II) запуск схемы осуществляется положительными импульсами амплитудой [/ох = 3 В и длительностью 200 нс, При автоколебательном режиме работы задающего генератора (S в положении I) одновнбраторы начинают работать друг на друга. С помощью резистора R\ регулируется длительность токовьк импульсов в пределах 50.., 200 нс, а резистор R2 задает частоту повторения импульсов (1...5 кГц). Микросхема D2 служит для уменьшения длительности фронтов импульсов и обеспечивает работу задающего генератора на емкостную нагрузку (входные емкости предварительных каскадов).

го с

В описываемом импульсном источнике введена обратная связь, осуществляющая регулировку тока иакачки лазерной решетки с изменением температуры. Датчиком температуры служит терморезнстор ЛЗ (ММТ-б), который включен в цепь источника олорио-го иалряжвння импушьсного преабразовате-

витающего оконечные каскады. При не-обхолимости контроля импульсного тока ерез лазерную решетку используется спе- ] овальный изме1рительл1ый трансформатор тока с малыми паразитными параметрами, подробно описанный в [157]. Данный ис-мпник обеспечивает формирование импульсов тока амплитудой до 60 А, дли-твльмостью 50 ... 200 ис я временами нарастания и спада оорядка 20 нс. Частота 1киг01рекия нмтгульоов регулируется в пределах 1 ... 5 кГц. Осциллограммы импульсов тока в нагрузке, полученные прн нзмеиенни нх длительности, представлены на ряс. 7.32.

Для эффективной работы твердотельных генераторов мнлли.метрового диапазона иа основе лавннно-пролетных диодов в импульсном режиме необходимы импульсные источники питания с выходным сопротивлением, на порядок и более превышающим эквивалентное сопротивление лавиино-пролетных диодов (/?эн ~2 Ом). Эти источники должны формировать импульсы тока с регулируемой амплитудой до 10 А и временами нарастания и спада 10 нс. Кроме того, они должны удовлетворять ряду специальных требований, а именно; обеспечивать плавную регулировку подъема и спада вершины токовых импульсов для температурной компенсации ухода частоты генератора лавннно-пролетных диодах за время импульса; обеспечивать постоянный ток смещения, плавно регулируемый в пределах О... 50 мА для первоначального

-о *5В

Рис. 7.23. Осциллограммы импульсов тока, полученные при изменении их длительности

¥те, т ктзгг

Рис. 7.33. Принципиальная схема импульсного источника питания лавиино-пролетных диодов

разогрева р-п перехода, чтобы обеспечить оптимальные условия развития лавнны ; позволять плавно изменять длительность и частоту повторения импульсов.

Этим требованиям удовлетворнет схема импульсного источника питания лавинно-пролетных диодов, представленная на рнс. 7.33 [158]. Схема управления источника построена на основе одновнбраторов серии 155. На микросхеме D\ собран автоколебательный мультивибратор, частоту повторения импульсов которого можно регулировать в пределах 20... 100 кГц с помощью резистора R\. Необходимая длительность импульсов управления формируется микросхемой D2.2 и регулируется с помощью резистора R2. Изменение задержки импульсов управления относительно импульсов синхронизации, создаваемых микросхемой D2.l, осуществляется резистором .3. Транзистор VTl усиливает импульсы сннхроиизацин по мощности.

Схема формирователя сильноточных импульсов выполнена иа транзисторах VT2-~VTb. Оконечный каскад построен на МДП-транзисторе с р-каиа-лом, который нвляется импульсным источником тока для низкоомиой нагрузки. С помощью резистора R4, входящего в состав нитегрирующе-диффе-ренцнрующей цепн, регулируется наклон вершины импульсов в пределах ±20%.

Для регистрации формы импульсов тока нагрузки с помощью осциллографа н возможности измерения нх амплитуды в этой схеме использован трансформатор тока специальной конструкции [157]. Для преобразования максимального значения импульсов тока нагрузки в постоянное напряжение использован двухступенчатый амплитудный детектор, выполненный на транзисторах VT6, VT7 и операционном усилителе D4. Цифровая индикация амплитуды тока нагрузки осуществляется с помощью аналого-цифрового преобразователя на микросхеме D5 и семисегментных индикаторов на микросхемах D6-D9. Данный импульсный источник питания лавинно-пролетных днодов формирует импульсы тока регулируемой амплитуды 0...15 А (при помощи изменения напряжения питания оконечного каскада) длительностью 50 ... 500 НС и частотой повторения 20 ... 100 кГц.

В лазерных системах передачи цифровой информации может использоваться и внешняя модуляция оптического излучения. В этом случае применяются твердотельные модулнторы, использующие эффект Поккельса. Современные типы таких модуляторов требуют управляющих импульсов амплитудой до 40... 70 В н обеспечивают максимальную глубину модуляции 50... 90%.

На рис. 7.34 представлена схема источника импульсного электропитания твердотельного модулятора света [159], который представляет собой на-

о--------- - - - -

2>f тлппе

Рнс. 7.34 Принципиальная схема источника импульсного электропитания твердотельного модулятора света

Рнс. 7.35. Осциллограммы выходных импульсов напряжения при различных кодовых комбинациях

грузку емкостного характера Сн~10...20 пФ. Входная часть -импульсного источника питания модулятора собрана на дифференциальных приемниках с лиинй эмиттерно-овязанной логики серии 100 Д1 и служит для приема н обострения входных импульсов. Каскад на транзисторах УТ\ - VT4 представляет собой параллельно соединенные переключатели тока. Такое включение обеспечивает возможность применения маломощных высокочастотных транзисторов. Оконечный каскад выполнен по каскодной схеме, позволяющей получать большие уровни выходных напряжений при высоком быстродействии

Так как источник импульсного электропитания должен пропускать постоянную составляющую входного управляющего онгетала, то сопряжение каскадов между собой осуществляется непосредственно и с помощью схемы сдвига уровня иа стабилитроне VD\. В овязн с тем, что на активном сопротивлении R\ рассеивается значительная мощность (около 25 Вт), оио вынесено за пределы источника питания с помощью коаксиальных кабелей. Модулятор подключается к источнику nHTajHHH через высокочастотный тройник,

На рнс. 7.35 показаны осциллограммы выходных импульсов напряжения источника питания лри различных кодовых комбинациях, Из инх видно, что данное устройство обеспечивает модулирующие и.мпульсы с частотой следования до 130 МГц н амплитудой до 50 В

Глава 8.

Низкочастотные усилители мощности

8.1. Трансформаторные однотактные усилители мощности

Широкое применение находит усилители мощности низких и средних частот. К ним можно отнести н уснлителн звуковых (от 20 Гц до 20 кГц) в ультразвуковых (от ЙО кГц до сотен килогерц) частот. Такие усилители обычно применяются в устройствах для воспроизведения звуков (проигрыватели грампластинок и оптических дисков, магнитофоны, мегафоны н т. д), в измгительных приборах, ультразвуковых технологических установках и др.

Мощные ПТ в таких усилителях обладают рядом серьезных достоинств. Их передаточная характеристика обычно близка к линейной нлн квадратичной. Уже одно это резко уменьшает нелинейные искажения. Входная цепь мощных МДП-транзнсторов в указанном диапазоне частот практически ие потребляет тока от источника гармонического входного сигнала:

u.,i(0= .rcos(2nf/-f(po), (8.1)

где Мя вх - амплитуда сигнала; / - частота; фо-начальная фаза (далее берем фо=0). Это означает, что входная цепь (в отлнчне от входной цепи биполярного транзистора с экспоненциальной ВАХ) не создает дополнительных нелинейных искажений. Рабочие напряжения (до 1 кВ) н токи (до еди-нц-десятков ампер) у мощных ПТ обеспечивают построение на них усилителей мощности с выходной мощностью от долей ватт до нескольких киловатт. Малая подверженность мощных ПТ вторичному и тепловому пробою, некрнтнчность к токовым перегрузкам н ничтожная входная мощность (резко упрощающая построение схем возбуждения) - все это облегчает по-

12-44 62 177