устройство регулирования амплитуды высоковольтных однополярных импульсов

Формула изобретения

Устройство регулирования амплитуды высоковольтных однополярных импульсов, содержащее вход и выход устройства регулирования, биполярный транзистор, эмиттер которого соединен с выходом устройства регулирования, а коллектор - с общим для всего устройства проводником, первый резистор, первый вывод которого соединен с эмиттером биполярного транзистора, а второй вывод - с входом устройства регулирования, второй резистор, первый вывод которого соединен с эмиттером биполярного транзистора, а второй вывод - с общим для всего устройства проводником, потенциометр, первый крайний контакт которого соединен с источником питания, а второй крайний контакт - с общим для всего устройства проводником, и конденсатор, первый вывод которого соединен с подвижным контактом потенциометра, а второй вывод - с общим для всего устройства проводником, отличающееся тем, что в него дополнительно введен полупроводниковый диод, анод которого соединен с базой биполярного транзистора, а катод - с подвижным контактом потенциометра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиолокации, и может быть использовано в системах возбуждения СВЧ генераторов на лавинно-пролетных диодах и диодах Ганна.

Известно устройство регулирования амплитуды импульсов, содержащее p-i-n диод, включенный параллельно с нагрузкой [1, рис 6.2, а]. Недостатком такого устройства регулирования амплитуды импульсов является малый диапазон регулируемых сигналов, ограниченный амплитудой импульсов, равной 1 2 В.

Известно также устройство регулирования амплитуды однополярных импульсов, являющееся одновременно устройством защиты усилителя однополярных импульсов от рассогласования по выходу и от перегрузки по входу, содержащее трансформатор тока, выполненный на основе ферритового кольца. Первичная обмотка трансформатора выполнена в виде продетого сквозь ферритовое кольцо полоскового проводника, начало которого подключено к выходу защищаемого усилителя, а конец - к нагрузке усилителя. Вторичная обмотка выполнена из навитого на ферритовое кольцо провода, первый конец которого подключен к общему для усилителя и цепи обратной связи проводнику, а второй конец образует второй выход трансформатора тока. В состав устройства входят также детектор, вход которого подключен ко второму выходу трансформатора тока, блок управления, вход которого соединен с выходом детектора, резистор, выводы которого охватывают ферритовое кольцо с обеих сторон и гальванически соединены между собой, биполярный транзистор, база которого подключена к выходу блока управления, коллектор транзистора соединен с общим для усилителя и цепи обратной связи проводником, а эмиттер транзистора образует выход цепи обратной связи, подключенный к входу усилителя [2]. Недостатком такого устройства регулирования амплитуды импульсов является малый динамический диапазон сигналов на выходе устройства регулирования, ограниченный амплитудой выходных импульсов, равной 10 15 В, что обусловлено малыми предельно допустимыми напряжениями база-эмиттер современных транзисторов [3].

Наиболее близким к заявляемому объекту по максимальному числу существенных признаков является устройство регулирования амплитуды однополярных импульсов, содержащее вход и выход устройства регулирования, биполярный транзистор, эмиттер которого соединен с выходом устройства регулирования, а коллектор - с общим для всего устройства проводником, первый резистор, первый вывод которого соединен с эмиттером биполярного транзистора, а второй вывод - со входом устройства регулирования, второй резистор, первый вывод которого соединен с эмиттером биполярного транзистора, а второй вывод - с общим для всего устройства проводником, потенциометр, первый крайний контакт которого соединен с источником питания, а второй крайний контакт - с общим для всего устройства проводником, и конденсатор, первый вывод которого соединен с подвижным контактом потенциометра, а второй вывод - с общим для всего устройства проводником, при этом база биполярного транзистора соединена с подвижным контактом потенциометра [4, рис.2]. Рассматриваемое устройство регулирования является частью более сложного объекта, предназначенного для работы на произвольную нагрузку и содержащего в своем составе кроме устройства регулирования включенный последовательно с ним эмиттерный повторитель [4, рис.2].

Недостатком устройства-прототипа является малый динамический диапазон сигналов на его выходе, ограниченный амплитудой выходных импульсов, равной 10 15 В, что обусловлено малыми предельно допустимыми напряжениями база-эмиттер современных биполярных транзисторов [3].

Задача, на достижение которой направлено предлагаемое решение, - создание устройства регулирования амплитуды высоковольтных однополярных импульсов, обеспечивающего высокий динамический диапазон сигналов на его выходе (до значений во много раз превышающих предельно допустимые напряжения база-эмиттер современных биполярных транзисторов).

Это достигается тем, что в устройство регулирования амплитуды однополярных импульсов, содержащее вход и выход устройства регулирования, биполярный транзистор, эмиттер которого соединен с выходом устройства регулирования, а коллектор - с общим для всего устройства проводником, первый резистор, первый вывод которого соединен с эмиттером биполярного транзистора, а второй вывод - с входом устройства регулирования, второй резистор, первый вывод которого соединен с эмиттером биполярного транзистора, а второй вывод - с общим для всего устройства проводником, потенциометр, первый крайний контакт которого соединен с источником питания, а второй крайний контакт - с общим для всего устройства проводником, и конденсатор, первый вывод которого соединен с подвижным контактом потенциометра, а второй вывод - с общим для всего устройства проводником, введен полупроводниковый диод, анод которого соединен с базой биполярного транзистора, а катод - с подвижным контактом потенциометра.

На фиг.1 и 2 представлены принципиальная электрическая схема предложенного устройства регулирования амплитуды высоковольтных однополярных импульсов и принципиальная электрическая схема макета такого устройства.

Устройство регулирования амплитуды высоковольтных однополярных импульсов содержит вход и выход устройства, биполярный транзистор 1, эмиттер которого соединен с выходом устройства, а коллектор - с общим для всего устройства проводником, первый резистор 2, первый вывод которого соединен с эмиттером биполярного транзистора 1, а второй вывод - с входом устройства, второй резистор 3, первый вывод которого соединен с эмиттером биполярного транзистора 1, а второй вывод - с общим для всего устройства проводником, потенциометр 4, первый крайний контакт которого соединяется с источником питания устройства, а второй крайний контакт - с общим для всего устройства проводником, конденсатор 5, первый вывод которого соединен с подвижным контактом потенциометра 4, а второй вывод - с общим для всего устройства проводником, полупроводниковый диод 6, анод которого соединен с базой биполярного транзистора 1, а катод - с подвижным контактом потенциометра 4.

Устройство регулирования амплитуды высоковольтных однополярных импульсов работает следующим образом. На подвижном контакте потенциометра 4 устанавливается постоянное напряжение, равное требуемой амплитуде импульсов на выходе устройства. В исходном состоянии полупроводниковый диод 6 закрыт. Поэтому постоянное напряжение с подвижного контакта потенциометра 4 не подается на базу биполярного транзистора 1 и поэтому может во много раз превышать предельно допустимое напряжение база-эмиттер биполярного транзистора 1. При подаче на вход устройства регулирования импульсов, имеющих амплитуду меньше, чем значение постоянного напряжения на подвижном контакте потенциометра 4, полупроводниковый диод 6 остается закрытым. Биполярный транзистор 1 также оказывается закрытым. В этом случае импульс, подаваемый на вход устройства, беспрепятственно проходит на его выход и поступает в нагрузку, подключаемую к выходу устройства, на которой выделяется импульсное напряжение, равное амплитуде входного импульса за вычетом напряжения, выделяемого на первом резисторе 2. Первый резистор 2 введен для ограничения предельного тока биполярного транзистора 1 при его открывании. При подаче на вход устройства регулирования импульсов, имеющих амплитуду, превышающую значение постоянного напряжения, установленного на подвижном контакте потенциометра 4, полупроводниковый диод 6 открывается, и на базе биполярного транзистора 1 устанавливается напряжение, равное напряжению на подвижном контакте потенциометра 4. Поэтому, как только амплитуда импульса на выходе устройства регулирования станет равной напряжению на подвижном контакте потенциометра 4, биполярный транзистор 1 открывается, препятствуя дальнейшему росту импульсного тока в нагрузке, поскольку напряжение на эмиттере биполярного транзистора 1 не может намного превышать напряжения на его базе.

Транзистор 1 на фиг.1 соответствует транзистору VT1 на фиг.2. Резистор 2 на фиг.1 соответствует резистору R2 на фиг.2. Резистор 3 на фиг.1 соответствует резистору R3 на фиг.2. Потенциометр 4 на фиг.1 соответствует потенциометру R1 на фиг.2. Конденсатор 5 на фиг.1 соответствует конденсатору С1 на фиг.2. Полупроводниковый диод 6 на фиг.1 соответствует полупроводниковому диоду VD1 на фиг.2.

Экспериментальное исследование макета устройства регулирования, принципиальная электрическая схема которого приведена на фиг.2, проводилось с использованием мощного импульсного усилителя, описанного в [5] и позволяющего получить на выходе амплитуду импульса до 100 В. В результате исследований установлено, что при работе на высокоомную нагрузку устройство регулирования позволяет изменять напряжение на нагрузке в пределах от 3 до 100 В. При работе на стандартную нагрузку 50 Ом импульсное напряжение на нагрузке регулируется в пределах 3 76 В. Макет устройства регулирования, реализованный по схеме прототипа, не позволяет получить на нагрузке импульсное напряжение более 17 В, что обусловлено пробоем перехода база-эмиттер транзистора.

Предложенное устройство регулирования амплитуды высоковольтных однополярных импульсов по сравнению с устройством-прототипом обеспечивает расширение динамического диапазона сигналов на его выходе до значений, во много раз превышающих предельно допустимые напряжения база-эмиттер современных биполярных транзисторов.

Источники информации

1. Пикосекундная импульсная техника / В.Н.Ильюшенко, Б.И.Авдоченко, В.Ю.Баранов и др. / Под ред. В.Н.Ильюшенко. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 368 с.

2. Титов А.А., Семенов А.В., Пушкарев В.П. Устройство защиты усилителя однополярных импульсов от перегрузки по току. / Патент РФ № 2328818 - Опубл. 10.07.2008. Бюл. № 19.

3. Петухов В.М. Полевые и высокочастотные биполярные транзисторы средней и большой мощности и их зарубежные аналоги: Справочник. В 4-х томах. - М.: КУбК-а, 1997.

4. Титов А.А., Пушкарев В.П. Устройства управления амплитудой мощных импульсных сигналов // Электросвязь. - 2010. - № 7. - С.44-46. - прототип.

5. Титов А.А., Пушкарев В.П., Авдоченко Б.И., Пелявин Д.Ю., Юрченко В.И. Импульсный СВЧ генератор на диоде Ганна // Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. - 2010. - Вып. № 3. - С.38-46.