Импульсные генераторы и формирователи на приборах с отрицательным сопротивлением

 

Применение приборов с отрицательным сопротивлением позволяет исключить внешние положительные обратные связи, характерные для генераторных импульсных схем на транзисторах, и построить схемы мощных генераторов и формирователей импульсов самого различного назначения. Принципы работы таких генераторов и формирователей несущественно отличаются от чисто транзисторных схем, однако регенеративные свойства приборов с ОС значительно упрощают схемы устройств, а высокие энергетические характеристики тиристоров позволяют получить очень мощные импульсные сигналы с крутыми фронтами. Генераторы на приборах с ОС, как и транзисторные схемы, могут работать в ждущем и автоколебательном режимах и в зависимости от элементов, на которых они выполняются, делятся на схемы с диодными, триодными, запираемыми тиристорами и туннельными диодами.

Генераторы и формирователи на диодных тиристорах (динистоpax). Применяются для формирования импульсных сигналов в устройствах вычислительной техники и маломощных релейных и коммутационных устройствах средств автоматики. Примером простейшей схемы на динисторе, работающей в автоколебательном режиме, является генератор мощных импульсов тока (рис. 6.19, а).

 

 

 

Рисунок 6.19 − Генераторы и формирователи на диодных тиристорах

 

Временные диаграммы его работы приведены на рис. 6.19, б. Чтобы схема работала в автоколебательном режиме, необходимо соблюдение условий

E > U _вкл, R ₁ >> R ₂. (6.66)

 

При закрытом диодном тиристоре VS конденсатор С заряжается через резистор R 1. Когда потенциал на конденсаторе достигнет величины

U _вкл ≈ U _пуск, тиристор включается и конденсатор быстро разряжается через малое сопротивление VS и резистор R 2. При разряде конденсатора ток через тиристор падает. Когда он достигнет величины I _выкл, тиристор скачком возвращается в исходное состояние и цикл повторяется. При этом формируются короткие мощные импульсы тока, период следования которых равен

 

T = t _и + t _в, (6.67)

где

. (6.68)

 

Такая схема генератора импульсов тока при малых сопротивлениях нагрузки (до 100 Ом) позволяет получить импульсы тока с амплитудой до нескольких ампер и длительностью фронта менее 0,1 мкс.

Две схемы ждущих генераторов показаны на рис. 6.20 и 6.21.

 

 

Рисунок 6.20 – Ждущий генератор

 

Схема рис. 6.20, а по своему принципу работы сходна со схемой автоколебательного генератора (рис. 6.19, а), однако условия ее работы несколько отличаются от условий (6.68):

 

E < U _вкл; R ₁ >> R ₂. (6.69)

 

В ждущем режиме конденсатор С заряжается до напряжения Е, но тиристор VS не включается, так как Е < U _вкл. С приходом отрицательного входного импульса U _вх в момент времени t _l (рис. 6.20, б), Причем Е + | U _вх| > U_вкл тиристор VS открывается, схема переходит в квазиустойчивый режим и конденсатор С быстро разряжается через сопротивление R 2, формируя на выходе мощный короткий импульс. Когда ток через диодный тиристор VS упадет ниже величины I _выкл (или напряжение на конденсаторе уменьшится до величины U _выкл), тиристор закроется и с момента t ₂ начнется восстановление напряжения на конденсаторе С.

Длительность импульса по этой схеме без учета падения напряжений на открытых диоде и тиристоре равна

(6.70)

 

а время восстановления t _в ≈ З τ ₂, где τ ₁ = R ₂ С; τ ₂ = R ₁ С.

Схема одновибратора (рис. 6.21, а) содержит дополнительный тиристорный ключ на триодном тиристоре VS 2, обеспечивающий принудительное форсированное запирание диодного тиристора. В этой схеме U _{вкл vs1} < Е, a U _{вкл vs2} > Е, поэтому в исходном устойчивом состоянии VS 1 открыт, a VS 2 закрыт. Конденсатор С заряжен до напряжения Е (рис. 6.21, б). С приходом короткого положительного импульса на вход он открывается и конденсатор С обратным напряжением подключается к диодному тиристору VS 1, обеспечивая в течение времени t _l − t ₂ на его аноде отрицательное напряжение. К моменту времени t₂ диодный тиристор запирается, а конденсатор продолжает заряжаться с постоянной времени τ ₂ = R ₂ С. В момент времени t ₃ U _C ⁼ U _{пycк vs1} и диодный тиристор опять открывается. Теперь конденсатор, заряженный до напряжения U _{пуск vs1} подключатся напряжением обратной полярности к тиристору VS 2, запирая его. Переходный процесс в схеме заканчивается к моменту t ₄, когда конденсатор практически восстановит свое первоначальное напряжение.

 

Рисунок 6.21 − Схема одновибратора

 

Длительность импульса в этой схеме может быть ориентировочно определена, если пренебречь падением напряжения на открытом ключе из уравнения

(6.71)

а время восстановления t _в ≈ t ₂ + 3 τ ₁, где

. (6.71)

Следует отметить, что применение диодных тиристоров в качестве пороговых элементов при медленно изменяющемся напряжении на его аноде встречает трудности из-за большой температурной нестабильности U _пуск и его разброса от образца к образцу. Поэтому автоколебательные схемы на диодных тиристорах отличаются большой нестабильностью по частоте и применяются только в тех случаях, где к этому параметру не предъявляют высоких требований. При импульсном управлении, что имеет место в схемах одновибраторов, триггеров, стабильность схем не зависит от изменения U _вкл, поэтому такие схемы часто применяются.

При применении приборов с отрицательным сопротивлением в качестве стабильных пороговых устройств необходимо использовать однопереходные транзисторы.