CC BY
146
УДК 621.375.026
А.А. Титов, А.В. Максимов, С.Н. Питченко
Устройства управления амплитудой мощных однополярных импульсов
Рассмотрены особенности построения устройств управления амплитудой мощных импульсов на биполярных транзисторах.
Ключевые слова: импульсные сигналы, устройства управления, регулирование, модуляция, ограничение.
Известные в настоящее время устройства ограничения, регулирования и модуляции амплитуды гармонических и импульсных сигналов [1, 2] рассчитаны на уровни мощности управляемых сигналов не превышающие 0,5...1 Вт. Задача управления амплитудой более мощных импульсных сигналов решена в устройстве защиты усилителей однополярных импульсов от перегрузки по входу и рассогласования по выходу, описанном в [3], где в качестве самоуправляемого ограничителя мощных импульсных сигналов использован биполярный транзистор. Функциональная схема устройства защиты от перегрузок усилителей однополярных импульсов приведена на рис. 1, где Тр1 - трансформатор тока;
упр
напряжение управления.
Устройство защиты работает следующим образом. На базу транзистора VT1 с блока управления, имеющего малое выходное сопротивление, подается постоянное запирающее оба перехода транзистора
напряжение U
упр
При превышении ам-
Рис. 1. Функциональная схема устройства защиты от перегрузок усилителей однополярных импульсов
плитуды усиливаемых импульсов значения ^упр транзистор VT1 открывается, и
его входное сопротивление будет составлять доли ом. Поэтому в этом случае VT1 будет играть роль самоуправляемого ограничителя и защищать усилитель от перегрузки по входу. При превышении выходным сигнальным током допустимого значения напряжение, подаваемое с детектора на вход блока управления, начинает превышать порог срабатывания блока управления и напряжение ^упр на его выходе уменьшается. Это приводит к уменьшению сигнального напряжения на входе усилителя. Резистор И1 позволяет изменять уровень магнитного поля в ферритовом кольце и потери мощности в нем [4].
На рис. 2 приведена принципиальная схема устройства регулировки и модуляции амплитуды однополярных импульсов, в котором использовано свойство биполярного транзистора играть роль самоуправляемого ограничителя однополярных импульсов.
Делитель напряжения на резисторах И2 и ИЗ необходим для сохранения работоспособности устройства при работе от генератора с малым выходным сопротивлением. На вход 1 подается модулирующее напряжение. На вход 2 подаются модулируемые импульсы положительной полярности. Изменение положения движка резистора И1 приводит к изменению напряжения на базе транзистора VT1 и, при отсутствии модулирующего напряжения, к соответствующему изменению выходного импульсного напряжения. Интересно, что при больших ам-
Вход Вход
♦ +20 В
Выход
390
R5 R6 п
Зк Зк J
Рис. 2. Принципиальная схема устройства регулировки и модуляции амплитуды однополярных импульсов
АА. Титов, А.В. Максимов, С.Н. Питченко. Устройства управления амплитудой
131
плитудах входных сигналов амплитуда напряжения импульсов на выходе устройства строго соответствует напряжению, подаваемому на базу транзистора VT1. Эмиттерный повторитель необходим для сохранения работоспособности устройства регулирования при работе на низкоомную нагрузку.
Недостатком рассмотренного выше устройства регулировки и модуляции амплитуды однополярных импульсов (рис. 2) является то, что оно, при отсутствии резистора Я2, может работать только от генератора импульсов с выходным сопротивлением, много большим сопротивления насыщения используемого биполярного транзистора VT1. Согласно [5] генераторы мощных сигналов имеют, как правило, малое выходное сопротивление, что приводит к ограничению использования этого устройства.
Для устранения указанного недостатка в [6] предложена функциональная схема устройства управления амплитудой мощных однополярных импульсов с последовательным включением биполярного транзистора в тракт передачи. На рис. 3 приведена принципиальная схема такого устройства, разработанная на основе функциональной схемы из [6].
11 540 нГн
12 240 нГн
УТ1 КТ819Г
£3 540 нГн
1А 240 нГн
Выход
Рис. 3. Принципиальная схема устройства управления амплитудой мощных однополярных импульсов
Устройство управления амплитудой мощных однополярных импульсов работает следующим образом. На вход сигнала управления подается постоянное напряжение управления и
упр ■
равное требуемой амплитуде импульсов на выходе устройства. В исходном
состоянии полупроводниковый диод VD1 закрыт. При подаче на вход устройства импульсов, имеющих амплитуду меньше, чем значение постоянного напряжения управления иупр , диод VD1 остается закрытым. Биполярный транзистор VT1 в момент подачи импульсов на вход устройства входит в насыщение благодаря поступлению на его базу через резистор Д1 отпирающего импульсного напряжения. Сопротивление насыщения транзистора VT1 составляет десятые доли ом. В этом случае импульс, подаваемый на вход устройства, беспрепятственно проходит на его выход и поступает в нагрузку, на которой выделяется импульсное напряжение, равное амплитуде входных импульсов. При подаче на вход устройства импульсов, имеющих амплитуду, превышающую значение постоянного напряжения управления Уупр , диод VD1 открывается, и на базе транзистора VT1
устанавливается напряжение, равное напряжению Уупр . Поэтому как только амплитуда
импульса на выходе устройства станет равной напряжению Уупр , транзистор VT1 входит
в режим ограничения, препятствуя дальнейшему росту тока в нагрузке, поскольку напряжение на эмиттере транзистора не может превышать напряжения на его базе.
Рассматриваемое устройство управления амплитудой мощных однополярных импульсов (рис. 3) может работать от генератора как с малым, так и с большим внутренним сопротивлением, однако обладает ограниченным диапазоном управления амплитудой выходных импульсов.
Для устранения указанного недостатка в [7] предложена функциональная схема устройства управления амплитудой мощных импульсных сигналов со стабилизацией уровня насыщения биполярного транзистора, последовательно включенного в тракт передачи. На рис. 4 приведена принципиальная схема такого устройства, разработанная на основе функциональной схемы из [7].
Устройство управления амплитудой мощных импульсных сигналов работает следующим образом. На вход сигнала управления подается постоянное напряжение управления иупр , равное требуемой амплитуде импульсов на выходе устройства. В исходном состоянии полупроводниковый диод VD1 закрыт, и при подаче на вход устройства импульсов, имеющих амплитуду меньше, чем значение постоянного напряжения управления Уупр ,
полупроводниковый диод VD1 остается закрытым. Биполярный транзистор VT2, в момент поступления на вход устройства импульсов, входит в состояние, близкое к насы-
щению, благодаря подаче на его базу через биполярный транзистор VT1 отпирающего импульсного напряжения. Это напряжение ограничено коллекторным током биполярного транзистора VT1, который в свою очередь определяется сопротивлением резистора Д1. Изменением сопротивления резистора Д1 можно регулировать величину максимального
импульсного тока биполярного транзистора VT2.
П Ы т ¿3 1А
со стабилизацией уровня насыщения
Рассмотренные устройства управления амплитудой мощных гармонических и импульсных сигналов значительно расширяют возможности построения и упрощения различных радиотехнических систем.
Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (государственный контракт № 02.740.11.0514 от 15.03.10).
Литература
1. Криптографический ликбез [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ssl.stu.neva.ru/psw/crypto.html, свободный (дата обращения: 24.05.2010).
2. Радиопередающие устройства / В.В. Шахгильдян, В.Б. Козырев, А.А. Ляховкин и др.; под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 2003. - 560 с.
3. Патент № 2328818 РФ, МПК7 H03G 3/30. Устройство защиты усилителя одно-полярных импульсов от перегрузки по току / А.А. Титов, А.В. Семенов, В.П. Пушкарев. - Опубл. 10.07.2008. - Бюл. - № 19.
4. Свидетельство на полезную модель № 32883 РФ, МПК7 G01R 19/02. Широкополосный датчик высокочастотного тока / А.А. Титов, В.Н. Ильюшенко. - Опубл. 27.09.2003. - Бюл. - № 27.
5. Пикосекундная импульсная техника / В.Н. Ильюшенко, Б.И. Авдоченко, В.Ю. Баранов и др.; под ред. В.Н. Ильюшенко. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 368 с.
6. Патент № 2395897 РФ, МПК7 H03G 3/00. Устройство управления амплитудой мощных однополярных импульсов / А.А. Титов, А.В. Семенов, В.П. Пушкарев, В.И. Юр-ченко. - Опубл. 27.07.2010. - Бюл. - № 21.
7. Заявка на изобретение № 2009126917 РФ, МПК7 H03G 3/30. Устройство управления амплитудой мощных импульсных сигналов / А.А. Титов, А.В. Семенов, В.П. Пуш-карев - Приоритет от 13.07.2009.
Титов Александр Анатольевич
Д-р техн. наук,проф. каф. радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ) ТУСУРа
Тел.: (382-2) 41-33-65
Эл. почта: [email protected]
Максимов Анатолий Владимирович
Инженер каф. РЗИ ТУСУРа
Питченко Сергей Николаевич
Мл. науч. сотрудник каф. РЗИ ТУСУРа
Titov A.A., Maksimov A.V., Pitchenko C.N.
Devices for amplitude control of powerful unipolar pulses
Design features of the bipolar transistor devices intended for amplitude control of powerful unipolar pulses are considered.
Keywords: pulse signals, control devices, regulation, modulation, limitation.
