RU2643616C1 - Генератор сверхкоротких импульсов с электронным управлением длительностью - Google Patents
Генератор сверхкоротких импульсов с электронным управлением длительностью Download PDFInfo
- Publication number
- RU2643616C1 RU2643616C1 RU2016132714A RU2016132714A RU2643616C1 RU 2643616 C1 RU2643616 C1 RU 2643616C1 RU 2016132714 A RU2016132714 A RU 2016132714A RU 2016132714 A RU2016132714 A RU 2016132714A RU 2643616 C1 RU2643616 C1 RU 2643616C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- diode
- resistor
- generator
- positive
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/33—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of semiconductor devices exhibiting hole storage or enhancement effect
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
- H03K3/537—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a spark gap
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
- H03K5/01—Shaping pulses
- H03K5/04—Shaping pulses by increasing duration; by decreasing duration
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
Изобретение относится к импульсной СВЧ технике, а именно к устройствам формирования импульсных сигналов сверхмалой длительности с функцией управления длительностью. Техническим результатом является реализация управления длительности формируемого сверхкороткого импульса за счет использования зависимости времени переключения диода с накоплением заряда из проводящего состояния в закрытое состояние от режима работы генератора. Генератор включает первую и вторую накопительные индуктивности, диод с накоплением заряда, а также двухканальный блок управления режимами работы с каналами положительной и отрицательной полярности, состоящими из стабилизатора напряжения, вход которого подключается к внешнему источнику напряжения питания, подстроечный вывод стабилизатора напряжения подтянут к его выходу резистором и соединяется с выходом операционного усилителя, отрицательный вход которого соединяется с его выходом через резистор обратной связи и подтягивается к земле при помощи другого резистора, а на положительный вход операционного усилителя подается сигнал управления. 3 ил.
Description
Изобретение относится к импульсной СВЧ технике, а именно к устройствам формирования импульсных сигналов сверхмалой длительности с функцией управления длительностью.
Известен генератор импульсов по патенту US 7869526 В2, 11.01.2011, который состоит из источника синусоидального напряжения, который соединен через резистор и накопительную индуктивность с анодом первого диода с накоплением заряда, катодом второго диода с накоплением заряда и резистором, и конденсатором, входящих в состав RC цепочки, определяющей крутизну фронта генерируемых импульсов.
Работу генератора по описанной выше схеме можно рассматривать как две чередующиеся друг за другом фазы, которые соответствуют положительному и отрицательному полупериоду синусоидального напряжения источника питания. Так как диоды с накоплением заряда включены во встречном направлении, накопление заряда для первого диода происходит одновременно с удалением заряда из полупроводниковой структуры второго диода и последующем обрыве тока через него. Переключение первого диода из проводящего состояния в закрытое приводит к формированию переднего фронта сверхкороткого импульса. Формирование заднего фронта обуславливается переключением второго диода с накоплением заряда. Номиналы резистора и конденсатора в RC цепочке определяют крутизну переднего и заднего фронта. Изменения длительности сверхкороткого импульса происходит за счет изменения времени нарастания и спада фронтов.
Недостатком рассмотренной схемы является то, что одновременно с управлением длительностью происходит изменение амплитуды формируемого импульсного сигнала. Также следует отметить, что для изменения длительности сверхкороткого импульса необходимо изменять номиналы элементов схемы. Такой подход является неудобным при эксплуатации законченного устройства в составе систем связи или радиолокации.
Известен генератор импульсов с функцией управления длительностью импульсов, который состоит из соединенных параллельно контура генерации сверхкоротких импульсов, в который входят последовательно включенные источник синусоидального напряжения, токоограничивающий резистор и диод с накоплением заряда, и контура фазовой подстройки, состоящего из нескольких блоков, каждый из которых включает в себя источник положительного напряжения питания, который через индуктивность и резистор подключается к аноду первого pin-диода, к которому параллельно подключается цепью задержки, состоящая из последовательно соединенных линии задержки, длина которой зависит от порядкового номера блока и двух pin-диодов, катод первого pin-диода соединяется с общей землей через индуктивность (Sertac Yilmaz, I. Tekin. Ultra-Wideband N-Bit Digitally Tunable Pulse Generator; pp. 438-441).
В контуре генерации сверхкороткого импульса формируется сигнал с резким фронтом, который разделяется на две составляющие. Первая составляющая поступает непосредственно на выход генератора, вторая составляющая проходит через контур фазовой подстройки, где инвертируется и задерживается относительно первой компоненты на время, равное длительности импульса. Импульсный сигнал на выходе генератора формируется путем сложения двух компонент.
В случае, если первый pin-диод смещен положительно, второй и третий pin-диоды смещены отрицательно, при этом составляющая сигнала в контуре фазовой подстройки будет распространяться через первый pin-диод. В случае, если первый pin-диод смещен отрицательно, сигнал будет распространяется через линию задержки. Различные комбинации смещения положительного и отрицательного смещения pin-диодов во всех блоках позволяют получить 2N значений длительности, где N - количество блоков в контуре фазовой подстройки.
К недостаткам рассмотренного генератора относится то, что управление длительностью осуществляется дискретно. Кроме того, линии задержки значительно увеличивают габариты конечного устройства. Еще одним недостатком рассмотренного устройства являются низкие значения амплитуды генерируемых импульсов. Значения, которые приводят авторы в своей работе, не превышают нескольких вольт.
Известен генератор импульсов с функцией управления длительностью импульсов, который состоит из цепи формирования сверхкороткого импульса, включающую в себя соединенные последовательно первый источник отрицательного напряжения питания, ограничительный резистор, первый диод с накоплением заряда, катод которого соединяется с входной емкостью, и накопительной индуктивностью, первый вывод которой соединяется с первым выводом разделительной емкости, второй вывод которой подключен к цепи обострения фронта импульса, состоящей из источника отрицательного напряжения питания, ограничительного резистора и второго диода с накоплением заряда, катод которого соединяется с выходной емкостью (Gou Yongsheng, Liu Yongsheng, Liu Baiyu, Bai Yonglin, Ouyang Xain, Zhang Wei, Li Yan and Xue Yingdong. A technology to generate fast-edge pulses using step recovery diode; pp. 378-381).
До появления запускающего импульса на входе генератора, через первый диод с накоплением заряда протекает прямой ток от первого источника напряжения. При этом происходит накопление энергии магнитного поля в индуктивности и накопление заряда в активной области диода. Запускающий импульс способствует тому, что первый диод с накоплением заряда оказывается смещен в обратном направлении и ток через него удаляет накопленный заряд. В момент времени, когда концентрация свободных носителей в активной области приблизится к нулю, происходит обрыв тока через диод и передача энергии, накопленной в индуктивности, в виде импульса сверхмалой длительности через разделительную емкость в цепь обострения. Второй диод с накоплением заряда также находится в проводящем состоянии. Сформированный импульс создает условия, при которых накопленный заряд удаляется из полупроводниковой структуры второго диода с накоплением заряда. Как только накопленный заряд будет полностью удален из второго диода с накоплением заряда, сверхкороткий импульс будет сформирован в нагрузку.
При фиксированной длительности запускающего импульса и напряжения питания первого источника отрицательного напряжения, длительность импульса на выходе генератора определяется временем, которое потребуется для удаления заряда из активной области второго диода. Регулируя напряжения второго источника отрицательного питания, можно управлять длительностью формируемого сверхкороткого импульсного сигнала.
Недостатком рассмотренного устройства являются низкие значения амплитуды генерируемых импульсов. Также недостатком рассмотренного устройства является большая длительность формируемого импульсного сигнала, авторы работы приводят значения более 1 нс. Оба эти недостатка существенно ограничивают область применения устройства.
Известен генератор импульсов (прототип) по патенту РФ №2457615 (МПК Н03K 3/33, опубл. 27.07.2012), который содержит источник отрицательного напряжения питания 1, транзистор 2, работающий в ключевом режиме и включенный между источником питания 1 и формирующей цепью, формирующая цепь содержит первую накопительную индуктивность 3, первый вывод которой соединен с первым выводом второй накопительной индуктивности 4, а второй вывод соединен с транзисторным ключом, сток и исток которого соединены емкостью 5, диод с накоплением заряда 6, разделительную емкость 7, нагрузку 8, цепь связи, которая соединяет нагрузку с катодом диода, источник положительного напряжения питания 9, который соединен со вторым выводом накопительной индуктивности 4 и цепью, состоящей из параллельно соединенных резистора 10 и диода Шоттки 11, причем катод указанного диода с накоплением заряда соединен с первым выводом указанной первой накопительной индуктивности.
Цикл работы устройства начинается с перехода ключа в замкнутое состояние и имеет четыре стадии. На первой стадии протекание тока источника питания через ключ приводит к перезарядке емкости исток-сток до напряжения источника питания и возникновению линейно нарастающих со временем токов в накопительных индуктивностях. В течение первой стадии через диод протекает прямой ток, что приводит к накоплению электронно-дырочной плазмы в активной области диода и энергии магнитного поля в накопительных индуктивностях. Основным процессом во время второй стадии работы является обмен энергией между второй накопительной индуктивностью и емкостью ключа. Ток через первую накопительную индуктивность продолжает нарастать, а ток через вторую накопительную индуктивность уменьшается, ток накачки диода сначала уменьшается, а затем меняет знак, то есть накопленный заряд начинает удалять. Во время третьей стадии работы диод с накоплением переключается из проводящего состояния в состояние с высоким обратным сопротивлением. При этом токи индуктивных элементов переключаются в нагрузку и тем самым приводят к передаче накопленной энергии магнитного поля в нагрузку. Во время четвертой стадии работы генератора восстанавливается исходное состояние устройства.
Рассмотренный генератор обладает высоким КПД и частотой следования, однако, в нем не предусмотренна функция управления длительностью формируемого импульсного сигнала.
Техническим результатом настоящего изобретения является реализация управления длительностью формируемого сверхкороткого импульса за счет использования зависимости времени переключения диода с накоплением заряда из проводящего состояния в закрытое состояние от режима работы генератора.
Технический результат достигается тем, что в генераторе сверхкоротких импульсов с электронным управлением длительностью, включающем первую накопительную индуктивность, второй вывод который соединен с первым выводом второй накопительной индуктивности, катодом диода с накоплением заряда и первым выводом разделительной емкости, второй вывод которой соединяется с нагрузкой; первый вывод первой накопительной индуктивностью через параллельно соединенные диод Шоттки и резистор подключается к положительному каналу первого блока управления режимами работы генератора; первый вывод второй накопительной индуктивности подключается к отрицательному каналу второго блока управления режимами работы генератора параллельно соединенными транзисторным ключом и емкостью транзистора сток-исток, согласно изобретению, дополнительно содержится двухканальный блок управления режимами работы генератора, каждый канал, положительной и отрицательной полярности, состоит из стабилизатора напряжения, вход которого подключается к внешнему источнику напряжения питания, подстроечный вывод стабилизатора напряжения подтянут к его выходу резистором и соединяется с выходом операционного усилителя, отрицательный вход которого соединяется с его выходом через резистор обратной связи и подтягивается к земле при помощи другого резистора, а на положительный вход операционного усилителя подается сигнал управления.
На фиг. 1 - схема устройства-прототипа.
На фиг. 2 - схема генератора согласно настоящему изобретению.
На фиг. 3 - эпюры импульсов напряжения нагрузке генератора 50 Ом.
Устройство состоит из блока управления режимами работы генератора и блока формирования сверхкоротких импульсов. Генератор субнаносекундных импульсов с электронным управлением длительности согласно настоящему изобретению (Фиг. 2) содержит первый операционный усилитель 12, отрицательный вход которого соединяется с его выходом через резистор обратной связи 13 и подтягивается к земле при помощи другого резистора 14, на положительный вход указанного операционного усилителя подается сигнал управления, определяющий напряжение на его выходе, который соединяется с подстроечным выводом стабилизатора положительного напряжения 15, вход указанного стабилизатора напряжения подключается к источнику положительного напряжения питания 16, а выход через резистор 17 соединяется с подстроечным выводом и через цепь, состоящую из параллельно соединенных диода Шоттки 18 и резистора 19, соединяется с первым выводом второй накопительной индуктивности 20, второй вывод второй накопительной индуктивности 21 соединяется с катодом диода с накоплением заряда 22 и первым выводом выходной емкостью 23, второй вывод которой подключен к нагрузке 24; второй операционный усилитель 25, отрицательный вход которого соединяется с его выходом через резистор обратной связи 26 и подтягивается к земле другим резистором 27, на положительный вход указанного операционного усилителя подается сигнал управления, определяющий напряжение на его выходе, который соединяется с подстроечным выводом стабилизатора отрицательного напряжения 28, вход которого подключается к источнику отрицательного напряжения питания 29, а выход подключен через резистор 30 к подстроечному выводу и соединен с истоком полевого транзистора 31, исток и сток которого соединены емкостью 32, сток указанного транзистора соединен с первым выводом первой накопительной индуктивности, второй вывод накопительной индуктивности соединен с катодом диода с накоплением заряда и вторым выводом второй накопительной индуктивности.
Работа устройства
Сигналы, которые подаются на входы блока управления режимами работы генератора, определяют величины прямого и обратного тока через диод с накоплением заряда. Когда транзисторный ключ 31 переходит в замкнутое состояние, емкость 32 ключа перезаряжается до напряжения, заданного внешним сигналом. Ток через диод с накоплением заряда приводит к накоплению электронно-дырочной плазмы в его активной области и энергии магнитного поля в накопительных индуктивностях. После того как транзисторный ключ 31 размыкается, начинается процесс обмена энергией между второй накопительной индуктивностью 21 и емкостью ключа 32. При этом ток через диод 18 сначала уменьшается, а затем меняет знак, то есть начинается удаление заряда диода из полупроводниковой структуры диода. Как только концентрация носителей заряда в активной области приблизится к нулю, диод с накоплением заряда переключается из проводящего состояния в состояние с высоким обратным сопротивлением. Токи индуктивных элементов переключаются в нагрузку и тем самым приводят к передаче накопленной энергии магнитного поля в нагрузку. Время переключения, а следовательно, и длительность генерируемого импульса, зависит от величины прямого тока. Таким образом, регулируя напряжения сигналов на входах блока управления режимами работы, можно добиться управления длительностью формируемого импульсного сигнала сверхмалой длительности в пределах от 350 пс до 1500 пс.
Claims (1)
- Генератор сверхкоротких импульсов с электронным управлением длительностью, включающий первую накопительную индуктивность, второй вывод которой соединен с первым выводом второй накопительной индуктивности, катодом диода с накоплением заряда и первым выводом разделительной емкости, второй вывод которой соединяется с нагрузкой; первый вывод первой накопительной индуктивностью через параллельно соединенные диод Шоттки и резистор, через цепь которых связан с каналом положительной полярности, первый вывод второй накопительной индуктивности связан с каналом отрицательной полярности через цепь параллельно соединенных транзисторного ключа и емкости транзистора сток-исток, отличающийся тем, что в генератор включен блок управления режимами работы, выполненный двухканальным с указанными каналами положительной и отрицательной полярности, каждый из которых состоит из стабилизатора напряжения, вход которого подключен к внешнему источнику напряжения питания, подстроечный вывод стабилизатора напряжения подключен к его выходу резистором и соединен с выходом операционного усилителя, отрицательный вход которого соединен с его выходом через резистор обратной связи и связан с землей при помощи другого резистора, а на положительный вход операционного усилителя подают сигнал управления, причем выход стабилизатора канала положительной полярности связан с цепью параллельно соединенных диода Шнитке и резистора, а выход стабилизатора канала отрицательной полярности связан с параллельно соединенными транзисторным ключом и емкостью транзистора сток-исток.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016132714A RU2643616C1 (ru) | 2016-08-08 | 2016-08-08 | Генератор сверхкоротких импульсов с электронным управлением длительностью |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016132714A RU2643616C1 (ru) | 2016-08-08 | 2016-08-08 | Генератор сверхкоротких импульсов с электронным управлением длительностью |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2643616C1 true RU2643616C1 (ru) | 2018-02-02 |
Family
ID=61173659
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016132714A RU2643616C1 (ru) | 2016-08-08 | 2016-08-08 | Генератор сверхкоротких импульсов с электронным управлением длительностью |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2643616C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU189081U1 (ru) * | 2018-10-25 | 2019-05-13 | Акционерное Общество "Светлана-Электронприбор" | Формирователь сверхкоротких видеоимпульсов переменной длительности |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070237208A1 (en) * | 2005-12-19 | 2007-10-11 | University Of South Florida | System and Method for a Single Stage Tunable Ultra-Wideband Pulse Generator |
WO2008118393A1 (en) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | University Of Southern California | Compact subnanosecond high voltage pulse generation system for cell electro-manipulation |
US20100148847A1 (en) * | 2006-05-23 | 2010-06-17 | Johannes Schurack | High-power switching module and method for the generation of switching synchronism in a high-power switching module |
RU99257U1 (ru) * | 2010-07-05 | 2010-11-10 | Александр Игоревич Клименко | Формирователь сверхкороткоимпульсных сигналов |
RU2457615C2 (ru) * | 2010-07-15 | 2012-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ГОУ ВПО ВГУ) | Генератор субнаносекундных импульсов |
-
2016
- 2016-08-08 RU RU2016132714A patent/RU2643616C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070237208A1 (en) * | 2005-12-19 | 2007-10-11 | University Of South Florida | System and Method for a Single Stage Tunable Ultra-Wideband Pulse Generator |
US20100148847A1 (en) * | 2006-05-23 | 2010-06-17 | Johannes Schurack | High-power switching module and method for the generation of switching synchronism in a high-power switching module |
WO2008118393A1 (en) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | University Of Southern California | Compact subnanosecond high voltage pulse generation system for cell electro-manipulation |
RU99257U1 (ru) * | 2010-07-05 | 2010-11-10 | Александр Игоревич Клименко | Формирователь сверхкороткоимпульсных сигналов |
RU2457615C2 (ru) * | 2010-07-15 | 2012-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ГОУ ВПО ВГУ) | Генератор субнаносекундных импульсов |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU189081U1 (ru) * | 2018-10-25 | 2019-05-13 | Акционерное Общество "Светлана-Электронприбор" | Формирователь сверхкоротких видеоимпульсов переменной длительности |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10211816B2 (en) | Generator of powerful nanosecond pulses (variants) | |
US3832568A (en) | Circuit for generating a single high voltage subnanosecond pulse from a step recovery diode | |
CN103731123B (zh) | 一种基于忆阻器的超宽带脉冲信号产生装置 | |
CN203554404U (zh) | 一种高压光导开关同步触发器 | |
US9924568B2 (en) | Diode light source driver | |
CN106877842A (zh) | 一种大幅度皮秒级窄脉冲发生电路 | |
CN106877846B (zh) | 一种脉冲产生电路、开关电源电路及平均电流计算方法 | |
CN114336274B (zh) | 激光器驱动电路及激光器 | |
US20210021259A1 (en) | Pulse modulator | |
RU2643616C1 (ru) | Генератор сверхкоротких импульсов с электронным управлением длительностью | |
US4746813A (en) | Switching circuit for inductive load with RFI suppression | |
Huang et al. | High power pulse generator based on avalanche transistor Marx circuit | |
JPH07109911B2 (ja) | 光源駆動装置 | |
WO2018151622A1 (ru) | Генератор высоковольтных импульсов | |
RU2557475C1 (ru) | Генератор импульсов на лавинном транзисторе с повышенными кпд и частотой следования импульсов (варианты) | |
Khomich et al. | High voltage IGBT switch with capability of pulse width control | |
CN109004918A (zh) | 一种亚纳秒高压脉冲产生电路 | |
CN105743441B (zh) | 一种脉宽、幅值及脉内斜率可调的快速大电流脉冲激励电路 | |
JP2015149714A (ja) | Mosfetスイッチング回路及びmosfetスイッチのスイッチング高速化方法 | |
RU2653580C2 (ru) | Импульсный регулятор напряжения | |
RU167292U1 (ru) | Генератор сверхкоротких импульсов с обострителем фронта | |
RU2457615C2 (ru) | Генератор субнаносекундных импульсов | |
Orlenko | UWB pulse generators | |
CN105449514A (zh) | 基于rc电路的高重频短脉冲激光调制电路及其工作过程 | |
Wang et al. | Study of narrow pulse driver circuit with adjustable width and amplitude |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190809 |