Электронный ключ

 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к импульсной технике, и может быть использовано в модуляторах импульсных передатчиков РЛС. Электронный ключ содержит высоковольтный полевой транзистор со статической индукцией (СИТ) 1, затвор которого подключен через первый ключ 2 и последовательно с ним соединенный первый резистор 4 к положительной шине питания, а через второй ключ 3 и параллельно подключенный к нему второй резистор 5 к отрицательной шине питания, исток подключен к общей шине питания, сток - к нагрузке. Управляющий вход первого ключа подключен к шине 10 запуска, а управляющий вход второго ключа - к выходу формирователя 7 запирающего импульса, вход которого подключен к шине 10 запуска. С целью повышения быстродействия введена цепь нелинейной отрицательной обратной связи, состоящая из третьего резистора 6, конденсатора 8 и диода 9, причем катод диода подключен к конденсатору, другой вывод которого подключен к затвору СИТ, и к третьему резистору, другой вывод которого подключен к общему проводу. Ограничение прямого тока затвора уменьшает накопленный заряд в области затвора СИТ и время включения ключа. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к импульсной технике, и может быть использовано в модуляторах импульсных передатчиков РЛС.

Известен электронный ключ [1], содержащий ключевой биполярный транзистор, первый и второй управляющие транзисторы, ограничивающий транзистор, резистивный делитель напряжения и два диода. Коллектор ключевого транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, соединен с шиной подключения нагрузки, коллекторы управляющих транзисторов объединены и подключены к положительной шине питания, а между эмиттерами управляющих транзисторов подключен резистивный делитель напряжения, средняя точка которого соединена с базой первого управляющего транзистора, база второго управляющего транзистора соединена с шиной управления. Коллектор ограничивающего транзистора, эмиттер которого соединен с шиной управления, подключен к базе ключевого транзистора, а база ограничивающего транзистора через последовательно соединенные диоды подключена к коллектору ключевого транзистора.

Недостатками ключа являются малое быстродействие и большая нестабильность длительности выходного импульса, связанная с низким быстродействием высоковольтных биполярных транзисторов, применяемых в качестве ключевого.

Известен электронный ключ [2], содержащий полевой транзистор со статической индукцией (СИТ) и схему возбуждения, содержащую первый и второй комплементарно соединенные переключающие транзисторы, которые поочередно включаются и выключаются при открывании возбуждающего транзистора. Переключение первого и второго транзисторов вызывает открывание и закрывание СИТ, коллектор первого транзистора подключен к положительной клемме питания.

Цель изобретения - повышение быстродействия и стабильности длительности выходного импульса.

На фиг. 1 показана схема электронного ключа; на фиг. 2 - диаграмма, где а - импульс запуска, б - импульс запирания, в - напряжение на затворе, г - напряжение на конденсаторе, д - ток затвора.

Электронный ключ содержит СИТ 1, ключи 2 и 3, резисторы 4, 5 и 6, формирователь 7 запирающего импульса, конденсатор 8, диод 9, шину 10 запуска, шины 11 и 12 питания.

Электронный ключ работает следующим образом.

При отсутствии сигнала запуска на шине 10 ключи 2 и 3 закрыты, конденсатор 8 через резисторы 5 и 6 заряжается до напряжения отрицательной шины питания, на затвор СИТ 1 через резистор 5 подается отрицательное напряжение, запирающее СИТ, диод 9 закрыт. Запускающий импульс с шины запуска поступает на управляющий вход ключа 2 (фиг. 2а), ключ 2 открывается, затвор СИТ 1 подключается через резистор 4 к положительной шине 11 питания, напряжение на затворе СИТ 1 становится положительным и равным падению напряжения на открытом р-n-переходе (фиг. 2в), резистор 4 ограничивает прямой ток через затвор СИТ.

Напряжение на аноде диода 9 за счет напряжения заряда конденсатора 8 становится положительным и приблизительно равным по величине напряжению на отрицательной шине питания. При поступлении положительного напряжения на СИТ 1 он начинает открываться и напряжение на его стоке снижается, пока не станет ниже напряжения на аноде диода 9. Затем диод 9 отпирается и конденсатор 8 через резистор 4 диод 9, сток СИТ 1 начинает разряжаться, при этом прямой ток затвора СИТ 1 уменьшается на величину тока разряда конденсатора 8 (фиг. 2д). В результате процесс отпирания СИТ прекращается и падение напряжения на СИТ стабилизируется на уровне напряжения на конденсаторе 8 (фиг. 2г). Величина конденсатора 8 выбирается такой, чтобы за время действия импульса напряжение заряда на нем изменялось незначительно.

По спаду импульса запуска закрывается ключ 2, формирователь 7 запирающего импульса вырабатывает импульс, который поступает на управляющий вход ключа 3, ключ 3 отпирается и подключает затвор СИТ 1 к отрицательной шине питания через малое внутреннее сопротивление, при этом происходит рассасывание заряда неосновных носителей в затворе СИТ и его запирание.

Ограничение степени отпирания ключевого СИТ путем введения цепи нелинейной отрицательной обратной связи, состоящей из резистора 6, конденсатора 8 и диода 9, уменьшает и стабилизирует величину накопленного заряда неосновных носителей в затворе СИТ 1 и, следовательно, уменьшает время выключения СИТ и повышает стабильность длительности выходного импульса при изменении тока нагрузки и напряжения на положительной шине 12 питания.

Таким образом, уменьшение времени выключения СИТ повышает быстродействие ключа и стабильность длительности выходного импульса.

Так как для восстановления заряда конденсатора 8 необходимо время, в несколько раз превышающее длительность выходного импульса, а на стоке СИТ в открытом состоянии сохраняется значительное остаточное напряжение, то данную схему целесообразно применять в устройствах, работающих с высокой скважностью импульсов и высоким напряжением питания нагрузки, к которым предъявляются жесткие требования к стабильности длительности выходных импульсов, например в модуляторах передатчиков импульсных РЛС.

Данное техническое решение проверялось на макете импульсного передатчика, в ключе применялись три параллельно включенных СИТ КП802А. Нагрузкой ключа является импульсный трансформатор с коэффициентом трансформации 6, 2, во вторичную обмотку которого включен магнетрон со следующими параметрами: напряжение анода 2, 4 кВ, ток анода 1,5 А. В макете использовались напряжение отрицательной шины питания -27В - напряжение отрицательной шины питания и напряжение положительной шины питания - +20-+28 В. Режим работы ключа: напряжение питания нагрузки +400 В, ток в нагрузке 10А, длительность импульса 1 мкс, частота следования импульсов 1 кГц.

При испытаниях проверялись длительность выходного импульса огибающей СВЧ-сигнала и время задержки включения ключа относительно спада запускающего импульса при изменении напряжения положительного источника питания от 20 до 28 В. Испытания проводились при подключенной и отключенной цепи нелинейной отрицательной обратной связи. Результаты испытания приведены в таблице.

Таким образом, после введения цепи нелинейной отрицательной обратной связи суммарная нестабильность длительности импульса уменьшилась в 2,5 раза, время задержки выключения - в 2-2,4 раза, нестабильность времени задержки выключения - в 4,5 раза.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что предлагаемый ключ отличается наличием отрицательной обратной связи, образованной резистором, диодом и конденсатором, и связями между ними и СИТ. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "новизна".

Сравнение предлагаемого технического решения с другими решениями в данной области техники не выявило признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа. Вместе с тем новая совокупность признаков проявляет новые свойства - высокое быстродействие и высокую стабильность длительности выходного импульса. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию изобретения "существенные отличия".

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОННЫЙ КЛЮЧ, содержащий полевой транзистор со статической индукцией, затвор которого через первый резистор и первый ключ соединен с положительной шиной питания, а через второй ключ и параллельно подключенный второй резистор - с отрицательной шиной питания, исток полевого транзистора подключен к общей шине, а сток - к нагрузке, управляющие входы первого и второго ключей соединены непосредственно и через формирователь запирающего импульса с управляющей шиной соответственно, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и стабильности длительности выходного импульса, введена цепь нелинейной отрицательной обратной связи, состоящая из третьего резистора, конденсатора и диода, катод диода подключен к стоку полевого транзистора, анод диода подключен к первому выводу конденсатора, второй вывод которого подключен к затвору полевого транзистора и к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого подключен к общей шине.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3