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. 5.6.1-а).

Временные диаграммы его работы приведены на рис. 5.6.1-б. Чтобы схема работала в автоколебательном режиме, необходимо соблюдение условий

E > U_вкл, R₁ >>R₂. (5.66)

При закрытом диодном тиристоре VS конденсатор С заряжается через резистор R1. Когда потенциал на конденсаторе достигнет величины

U_вкл≈U_пуск, тиристор включается и конденсатор быстро разряжается через малое сопротивление VS и резистор R2. 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,

где

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. 5.6.2. и 5.6.3.

Схема рис. 5.6.2-а по своему принципу работы сходна со схемой автоколебательного генератора (рис. 5.6.1-а), однако условия ее работы несколько отличаются от условий (5.66):

E < U_вкл; R₁ >> R₂ (5.67)

В ждущем режиме конденсатор С заряжается до напряжения Е, но тиристор VS не включается, так как Е < U_вкл. С приходом отрицательного входного импульса и_вх в момент времени t_l (рис. 5.6.2-б), Причем Е + | и_вх | > Uвкл тиристор VS открывается, схема переходит в квазиустойчивый режим и конденсатор С быстро разряжается через сопротивление R2, 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 t₂ начнется восстановление напряжения на конденсаторе С.

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

(5.68)

а время восстановления t_в ≈ Зτ₂, где τ₁ = R₂С; τ₂ = R₁С.

Схема одновибратора (рис. 5.6.3-а) содержит дополнительный тиристорный ключ на триодном тиристоре VS2, обеспечивающий принудительное форсированное запирание диодного тиристора. В этой схеме U_{вкл vs1} < Е, a U_{вкл vs2} > Е, поэтому в исходном устойчивом состоянии VS1 открыт, a VS2 закрыт. Конденсатор С заряжен до напряжения Е (рис. 5.6.3-б). С приходом короткого положительного импульса на вход он открывается и конденсатор С обратным напряжением подключается к диодному тиристору VS1, обеспечивая в течение времени t_l - t₂ на его аноде отрицательное напряжение. К моменту времени t₂ диодный тиристор запирается, а конденсатор продолжает заряжаться с постоянной времени τ₂ = R₂С. В момент времени t₃u_C ⁼ U_{пycк vs1} и диодный тиристор опять открывается. Теперь конденсатор, заряженный до напряжения U_{пуск vs1} подключатся напряжением обратной полярности к тиристору VS2, запирая его. Переходный процесс в схеме заканчивается к моменту t₄, когда конденсатор практически восстановит свое первоначальное напряжение.

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

(5.69)

а время восстановления t_в ≈ t₂ + 3τ₁, где

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.