Генераторы

Генераторы нано- и пикосекундных импульсов с запуском мощных полевых транзисторов от лавинного транзистора

В настоящее время в приборостроении, ядерной электронике, в волоконно-оптических линиях связи широко внедряются субнаносекундные и пикосекундные импульсные устройства. При этом необходимы генераторы и формирователи с электронной регулировкой амплитуды, длительности, частоты повторения импульсов, смещения их базовой линии. Довольно простые схемные решения таких устройств получаются при совместном применении лавинных и мощных полевых транзисторов.

 

На рис.1 представлена схема ждущего генератора, построенная с применением лавинного транзистора VT1, диода с накоплением заряда VD1 и мощного GaAs ПТ VT2 . Релаксационный генератор на лавинном тран-

Рис.1. Принципиальная схема ждущего генератора импульсов

зисторе 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 положительной, так и отрицательной полярности. При положительном питающем напряжении U₄ этот каскад представляет собой схему с общим истоком, причем на нагрузке формируется импульс положительной полярности. При отрицательном напряжении U₄ оконечный каскад будет работать как схема с общим стоком. В этом случае на нагрузке формируется импульс отрицательной полярности. Такое включение транзистора 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 диод с накоплением заряда путем регулировки напряжения U₂ в указанных пределах, можно регулировать длительность импульсов в пределах 0,3...20 нс. Изменяя напряжение U₄, можно регулировать амплитуду выходного импульса на нагрузке R_H = 50 Ом в пределах 0...6 В, а с помощью регулируемого источника U₅, 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 рис. 2 показана схема низкочастотного генератора субнаносекундных прямоугольных импульсов отрицательной полярности. На лавинном транзисторе VT1 выполнен задающий генератор по схеме релаксатора, формирующий импульс с длительностью фронта 300 пс. Этот генератор может работать как в ждущем, так и в автоколебательном режиме, в который он переходит при увеличении напряжения питания U1 до 35 В.

Рис. 2. Принципиальная схема низкочастотного генератора субнаносекундных импульсов

Сформированный лавинным транзистором, импульс усиливается двухкаскадным усилителем на полевых транзисторах VT2, VT3, работающих в нелинейном режиме. Это позволяет уменьшить длительность фронта импульса до tф ≈100 пс. Выходной импульс усилителя подается на вход формирователя с накопительной линией (отрезок коаксиального кабеля с волновым сопротив-лением р = 50. Ом), выполненного на транзисторе VT4. Плавная регулировка амплитуды выходных импульсов в пределах 1,5...2,5 В осуществляется с помощью источника тока, собранного на транзисторе VT5, который изменяет положение рабочей точки VT2. Изменение длительности формируемых импульсов в широких пределах осуществляется путем изменения длины накопительной линии: t_M = 2 l t₃, где l— длина кабеля, t₃ — погонная задержка кабеля.

Индуктивности LI — L6 и конденсаторы Cl — С7 включены для развязки по цепи питания При этом индуктивности выполнены на ферритовых сердечниках размером 7 х 4 х 2 и содержат 10 витков провода ПЭВ-0,2. Время нарастания формируемых импульсов составляет порядка 100 пс, а время спада около 150 нс. Частота импульсов генератора может изменяться в пределах 0,2...300 кГц.

На рис. 3 представлена схема импульсного генератора, работающего в автоколебательном режиме . Она обеспечивает формирование импульсов в диапазоне частот до 400 МГц. Задающая часть автогенератора выполнена на биполярных СВЧ-транзисторах VT1, VT2 разного типа проводимости, образующих схему мультивибратора с эмиттерной времязадающей цепью. Каскад на транзисторе VT3 осуществляет обострение фронта и среза задающих импульсов.

Оконечный каскад генератора выполнен на основе каскадной схемы. Такое включение реализует потенциальные возможности и биполярного тран-

Рис. 3. Принципиальная схема автоколебательного генератора

зистора, включенного по схеме с общей базой, и полевого. Кроме того, в этой схеме частично преодолевается такой недостаток GaAs ПТ, как их невысокое (< 8 В) допустимое напряжение сток-исток. Длительность и частота повторения импульсов этого генератора изменяются путем изменения напряжения питания U1, U₂ автоколебательного мультивибратора, а амплитуда импульсов регулируется с помощью напряжения питания U₄ оконечного каскада.