Генератор наносекундных импульсов с малыми искажениями плоской вершины

Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2017

Для измерения импульсных переходных характеристик и времени нарастания необходимы источники сигналов с короткими фронтами и высоким качеством формы импульсов. Одновременное выполнение этих требований представляет собой непростую задачу, в особенности для субнаносекундного диапазона скоростей. Схема на Рисунке 1, позаимствованная от калибратора осциллографа [1], отвечает критериям и скорости, и формы. Она генерирует выходные импульсы с фронтом 850 пс и искажениями плоской вершины менее 1%. Компаратор IC₁ формирует прямоугольные импульсы частотой 1 МГц, управляющие токовым ключом Q₂-Q₃. Обратите внимание: чтобы обеспечить правильные уровни управляющих сигналов для транзисторов, IC₁ получает питание от шин земли и –5 В. Q₁ служит управляемой нагрузкой транзисторов Q₂ и Q₃. Когда IC₁ открывает Q₂, транзистор Q₃ закрывается. Напряжение на коллекторе Q₃ быстро увеличивается до уровня, определяемого коллекторным током Q₁, диодом D₁ и выходными резисторами в сочетании с согласующим резистором 50 Ом. При низком уровне на выходе IC₁ транзистор Q₂ закрывается, Q₃ включается, и на выходе устанавливается напряжение, равное нулю. Диод D₂ предотвращает насыщение транзистора Q₃.

Рисунок 1.	Нужен короткий и чистый импульс? Эта простая схема формирует высококачественные 850-наносекундные импульсы амплитудой 500 мВ.

Выходные импульсы схемы исключительно чисты и имеют очень короткие фронты. Фотография на Рисунке 2, сделанная с экрана осциллографа реального времени с полосой 1 ГГц, демонстрирует импульс с временем нарастания 850 нс и исключительно совершенной формой. Рисунок 3 детализирует процесс установления вершины импульса. На снимке показана область вершины непосредственно после положительного перехода 500 мВ. Установление импульса происходит примерно за 400 пс с выбросом порядка ±4 мВ. Звон 1 мВ на частоте 1 ГГц, несомненно, обусловлен ограничениями конструкции беспаечной макетной платы; вероятно, вы сможете избавиться от него, используя печатную плату с полосковыми линиями.

Рисунок 2.	Как показывает осциллограф с полосой пропускания 1 ГГц, импульсы не имеют неоднородностей и аномалий.

Для достижения наилучших характеристик этой схемы требуются некоторые подстройки. Полоса пропускания используемого вами осциллографа должна быть не меньше 1 ГГц. Форма импульса корректируется подстроечными резисторами TR₂ и TR₃. Амплитуда выходного импульса 500 мВ на согласованной нагрузке 50 Ом устанавливается с помощью TR₁. Регулировки несколько взаимосвязаны, хотя и не чрезмерно, и быстро сходятся, давая нужные результаты.

Рисунок 3.	Аберрация вершины импульсов составляет ±4 мВ, или менее ±1%.

Ссылки

Материалы по теме