Прямоугольные сигналы очень короткой продолжительности имеют множество применений в лаборатории радиолюбителя. Их можно использовать для проверки, например, помехозащищенности новых устройств. Данная конструкция позволяет формировать серию таких импульсов с плавно регулируемыми параметрами: частотой и длительностью.
Большинство генераторов прямоугольных импульсов содержат относительно медленные цифровые схемы, такие как серия 555 или CMOS 4000. С их помощью можно генерировать импульс длительностью в сотни микросекунд, но наносекундные отрезки времени им точно не по зубам.
Представленная в данной статье простая схема позволяет генерировать импульсы длительностью несколько наносекунд благодаря высокоскоростной цифровой схеме.
Принципиальная схема обсуждаемого генератора представлена на следующем рисунке:
Схема содержит четыре логических элемента NAND типа 74AC132. Эти логические элементы имеют входы, оснащенные триггерами Шмитта. Согласно datasheet на 74AC132 время переключения может составлять всего 1,5 нс!
Первый такой элемент, US1A, выдает прямоугольный сигнал с рабочим циклом около 50% и частотой, регулируемой потенциометром P1. Благодаря высокому соотношению сопротивлений R1 к P1 можно регулировать этот параметр в очень широких пределах.
Результирующий сигнал прямоугольной формы буферизуется логическим элементом US1D. Кстати, он переворачивает фазу на 180 градусов, что, впрочем, в данном устройстве не имеет никакого значения.
Идея заключалась в том, чтобы выход генератора прямоугольных сигналов имел как можно более короткое время переключения, а нагрузка на цепь R1 + P1 могла отрицательно повлиять на этот параметр.
Следующий блок представляет собой схему дифференциатора, построенную с использованием конденсатора CZ и результирующего сопротивления R2 и потенциометра P2. Он реагирует на нарастающий фронт прямоугольного сигнала, выдавая на выходе этого блока короткий импульс положительной полярности. Его длина определяется положением ручки Р2. Это обеспечивает независимую регулировку длительности генерируемых импульсов и частоты их появления.
Резистор R3 ограничивает ток диодов, защищающих вход следующего элемента, которые открываются при приходе спада на вход схемы дифференциатора.
Логический элемент US1C формирует конечный прямоугольный сигнал, но он инвертирован. Поэтому за ним стоит еще один элемент, который инвертирует этот сигнал, давая на своем выходе ожидаемые импульсы положительного напряжения очень короткой длительности. Резистор R4 позволяет согласовать выход с коаксиальным кабелем сопротивлением 50 Ом.
Питание этой простой схемы подается на разъем J2. Конденсаторы С3…C6 уменьшают внутреннее сопротивление источника питания, обеспечивая очень короткое время переключения выходов логических элементов.
На следующем рисунке представлена осциллограмма одиночного импульса с заданной максимальной длительностью и напряжением питания 5В.
Сборка и запуск
Схема собрана на небольшой двухсторонней печатной плате размерами 30×40 мм, схема которой представлена ниже.
Желательно начать пайку с компонентов поверхностного монтажа. Данная технология монтажа доминирует в данной системе, так как обеспечивает значительно меньшие паразитные индуктивности, чем сквозной способ монтажа компонентов.
Далее, нужно припаять разъемы, потенциометры и электролитический конденсатор (его можно разместить на поверхности платы). Правильно собранная система готова к работе и не требует дополнительных настроек.
Потенциометр P1 используется для установки частоты в диапазоне 1…45 кГц, а с помощью P2 длительность импульсов устанавливается в диапазоне 0…46 нс при напряжении питания 5 В. Эти значения могут меняться при другом напряжении питания.
Потребляемый ток схемы составляет примерно 10 мА при отсутствии выходной нагрузки, напряжении питания 5 В и минимальной частоте.
Скачать рисунок печатной платы (8,6 KiB, скачано: 48)
