1. ГЕНЕРАТОР КОРОТКИХ ВИДЕОИМПУЛЬСОВ НА ОСНОВЕ ДИОДА С РЕЗКИМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ОБРАТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Построение СШП генератора на диодах SRD уже было кратко рассмотренно в предыдущей части курса. Поэтому сразу перейдем к вопросу практической реализации.

Функциональная схема генератора состоит из фильтра источника питания, схемы формирования запускащего импульса  из входного сигнала типа “меандр”, схемы формирования импульса накачки[DD2]  и формирователя короткого импульса[VD2] (см.рис1). На этом же рисунке представлена упрощенная принципиальная схема.

Рис.1     Рис.2

Схема состоит из буферного элемента (один из элементов микросхемы DD2), накопительного конденсатора С14, катушки индуктивности L2, и полупроводникового диода VD2. В момент времени t0 на выходе 2 элемента DD2 появляется импульс положительной полярности (импульс накачки), который начинает заряжать конденсатор С14. Конденсатор начинает заряжаться через диод VD2 и катушку L2, накачивая диод прямым током I+. В момент времени t1 импульс на выходе 2 элемента DD2 исчезает, конденсатор C14 начинает разряжаться через ту же цепь, что и при заряде (диод VD2, катушка L2, DD2), при этом через диод начинает протекать обратный ток, т.е. диод накачивается обратным током. Катушка индуктивности при этом накапливает протекающий ток. Разряд конденсатора происходит быстрее заряда из-за разных постоянных времени определяемых, в данном случае, сопротивлением диода, таким образом выполняется условие I– > I+. При достижении максимального тока разряда I– в момент времени t2 на короткое время происходит обрыв сопротивления диода VD2, происходит разрыв ненулевого тока диода, энергия накопленная в индуктивности L2 так же переходит в нагрузку, и на выходе происходит формирование видеоимпульса отрицательной полярности. Амплитудные и временные параметры импульса определяются параметрами используемого диода.Временные диаграммы иллюстрирующие работу схемы представлены на рисунке 2 (с в верху в низ: сигнал на выходе DD2,импульс накачки, эпюры тока напряжения на диоде).

Теперь перейдем к полной принципиальной схеме генератора (см. рис.3).

Фильтр источника питания включает диод VD1 , защищающий схему от переполюсовки входного напряжения питания и элементов фильтра C1-C4 и L1. На диоде обеспечивается падение напряжение порядка 500 мВ, поэтому на данную величину рекомендуется увеличивать напряжение питания генератора. Рекомендуется также сделать один виток вокруг ферритового колечка проводом, который подводит питание, как это показано на рис. 5, что дополнительно обеспечивает подавление низкочастотной помехи, которая может поступать как со стороны источника питания (что может влиять на работу генератора) так и со стороны генератора (что может влиять на работу источника питания и других схем подключенных к нему). На микросхеме DD1 собрана схема формирования импульса запуска, которая преобразует входной меандр в импульсы положительной полярности длительностью порядка 10 нс, это обеспечивает необходимое время накачки формирователя коротких импульсов (диода VD2). Элемент DD1.1 является буферным и служит для согласования схемы генератора с источником меандрового сигнала по его выходному сопротивлению и уровню напряжения. В схеме генератора все микросхемы выполнены по КМОП-технологии, для данного типа микросхем это означает, что уровень логической "1" у них на выходе формируется при входном напряжении ≥ ½ Uпит.; а уровень логического "0" при входном напряжении < ½ Uпит; где Uпит. – напряжение питания микросхемы. Очевидно, что генератор может работать с входным напряжением меандрового сигнала соответствующим КМОП и ТТЛ технологии и напряжением не превышающим его напряжение питания. Процесс формирования импульса запуска посредством микросхемы DD1 представлен на рис. 2. Для изменения длительности импульса запуска служит цепь R2С5, которая заваливает фронт импульса поступающего с выхода 3 DD1, затем этот сигнал поступает на элемент вход 4 DD1. Из работы логики элемента И-НЕ следует, что если мы изменяем параметр С5, то изменяется фронт импульса, который поступает на вход 4 DD1, при фиксированном положении импульса на входе 5 DD1 - это ведет к изменению длительности импульса на выходе 6 DD1 (см. выше логику работы КМОП микросхем). Таким образом можно изменять длительность импульса запуска и подобрать оптимальное время накачки VD2. Узел DD1:3 (инвертор) придает импульсу запуска требуемую полярность, необходимую для работы дальнейших узлов схемы. Микросхема DD2 представляет собой набор буферных элементов. Трассировка печатной платы должна быть сделана так, чтобы импульс запуска поступал на все эти элементы одновременно. Каждый из этих элементов на выходе, повторяет форму импульса запуска. Выходные токи суммируются, формируя импульс накачки, который попадает на формирователь короткого импульса выполненный на полупроводниковом диоде с резким восстановлением запирающих свойств (ДРВ).

Конструкция схемы генератора представляет собой печатную плату (двухсторонняя,материал FR-4,см.рис.4) на которой расположены все элементы схемы. Все резисторы, конденсаторы и дроссели, кроме С5 и L2, являются компонентами для поверхностного монтажа и имеют размер 0402. Размер не принципиален, могут использоваться компоненты размером 0603 или 0805. Конденсатор С5 является подстроечным, например типа TZC3P300A110B00 от Murata (www.murata.com/select/trimmer.html). Катушка L2 имеет один виток внутренним диамером 3 мм, одножильным проводом диаметром 0,5 мм. Можно поиграться – сделать два витка или пол витка и посмотреть, как изменение индуктивности влияет на параметры выходного импульса, возможно удастся получить лучшие. Диод VD2 – отечественный, марки КA609 или AA609. В принципе, можно использовать диод с любой буквой, при этом параметры выходного импульса будут нехначительно изменяться, по сравнению с приведенными ниже. Диод VD1 может быть любым удовлетворяющим параметрам по приложенному напряжению и протекаемому току (таблица 1. Параметры источника питания), но желательно с меньшим падением напряжения на нем, например диод Шотки. Практически неограниченный выбор подобных диодов представлен в интернет магазине Чип-Дип (www.chip-dip.ru). Правильно собранная плата работает сразу. Проверено временем. Может потребоваться регулировка конденсатора C5 для достижения максимальной амплитуды импульса и растяжение/сжатие витка L2 для коррекции формы импульса в небольших пределах. Рис.5.  

Вид сверху	Вид снизу
Рис.4

Размеры печатной платы 63 х 44 мм. Снизу расположены фильтрующие конденсаторы подходящие к выводам питания микросхем. Диод VD2 устанавливается катодом в отверстие на плате вертикально, анодом крепится непосредственно к выходному разъему X3. Катушка L2 крепится одним концом к плате, другим – к аноду диода VD2. В данной конструкции применен выходной разъем N-типа. Можно также применять другие типы разъемов, например SMA, необходимо только, чтобы верхняя рабочаяя частота разъема была порядка 4-6 ГГц. Входной разъем X2 типа BNC, тип разъема не имеет значение. Напряжение питания подводится обычным двойным проводом с ферритовым колечком на конце. Конструкция генератора показана на рис.5.

Рис.5	Рис.6

Проведение измерений. Для счастливых обладателей измерительной техники HP, рекомендую сверить приведенные ниже данные со своими измерениями.В таблице 1 приведены параметры выходного импульса полученные для данного типа конструкции. Амплитудный и временные параметры могут незначительно меняться при различных конструкциях и зависеть естественно от показаний средств измерений (их калибровки). На рисунках таблицы 2, показан сигнал снятый с собранного генератора, при этом видно, что амплитуда полученного импульса составляет 43.5 В, а длительность по полувысоте 336 пс. Любителям разгона пентиумов и атлонов следует заметить, что на генератор коротких импульсов не следует подавать частоту входного сигнала более 20 МГц, это ведет к перегреву и выходу из строя микросхемы накачки DD2. Тем более, что при этом будет уменьшаться амплитуда выходного импульса. Если вы все таки хотите выжать максимальную средней мощностью, то установите радиатор для охлаждения микросхемы накачки.

Измерения осциллографом проводились через аттенюатор 30 дБ, спектроанализатором – через аттенюатор 20 дБ, поэтому все измеренные амплитудные значения должны быть пересчитаны соответствующим образом.Схема соединений генератора для проверки его работоспособности показана на рис. 6.

Файл печатной платы в формате PCAD 2002  circuit.zip (38,7k) 

 18583