Представляем очень простой генератор наносекундных импульсов, который может быть использован для изучения явлений, связанных с измерениями электрических импульсов во время тестирования отклика высокоскоростных цепей – усилители осциллографа, кабели антенн и т. д.

Схема генератора импульсов нс

Основным препятствием для тестирования этих генераторов (их английское сокращение – TDR) обычно является отсутствие доступа или владения заводским измерительным прибором, ведь такое оборудование не является дешевым и доступным. Но сделав действительно небольшие затраты, можно самим построить такую измерительную систему. Так что для неё нужно? Разумеется, осциллограф, предпочтительно цифровой (хотя и не обязательно) с минимальной полосой пропускания 60 МГц (500 Мс -1 ГГц / с) и источником импульсов со временем нарастания не более 1 нс и длительностью 1-2 нс. Полагаем у каждого радиолюбителя есть такой осциллограф, поэтому остается вопрос: как сделать такой генератор импульсов?

Описание устройства

Вся схема основана на двух блоках. Первый блок представляет собой DC-DC преобразователь и он построен с использованием микросхемы LT1073, второй блок представляет собой генератора на базе транзистора 2N2369A от Моторола. Инвертор объекта подает переменное напряжение, которое затем повышается в цепи умножителя диодного напряжения (диоды D1-D3) до значения 90 В. Затем с этим напряжением работает импульсная генераторная схема.

Микросхема LTC1073 используется для получения напряжения + 90 В. Если найти её проблема или купить слишком дорого – эта часть схемы может быть заменена другим преобразователем, например построенным на ne555 или mc34096a.

Схема питается через резистора 1MOM (R5), который подает напряжение непосредственно на транзистор и конденсатор 2PF (C2) – когда он заряжается до напряжения около 50 В (UCE для 2n2369 составляет около 40 В) вызывается краткий пробой перехода К-Э транзистора T1 и возникает импульс (явление лавинного пробоя).

Этот повторяется каждые 10 мкс. Теперь, обратите внимание на номинал транзистора – 2N2369A, не каждый транзистор тут будет работать, многие другие транзисторы просто не хотели функционировать.

Выходное сопротивление точно настраивается на 50 Ом с помощью резистора эмиттера. Если кто-то хочет протестировать кабели с разными импедансами, надо подобрать значение резисторов R2, R3 для сопротивления кабеля (например, 75 Ом (2×150)).

Источник питания и корпус

Печатная плата генератора очень маленькая, на 42×18 мм. Сама схема может питаться напряжением от 1,5 до 3 В, в данном случае использовалась литиевая батарея CR2450. Весь генератор потребляет 5 мА и используя устройство в течение года, напряжение батареи остается на уровне 3 В. Конечно, если кто-то будет использовать его интенсивно, батарея быстро перестанет быстро обеспечивать требуемое напряжение.

Как видите на рисунках ниже, собранное устройство действительно мало и имеет общий размер 12x4x2,5 см. На рисунке показан модуль генератора, переключатель, светодиод, обозначающий включение источника питания и гнездо с батареей CR2450.

Измерения наносекундных импульсов

Ниже приведены результаты измерения. Первое измерение показывает генерируемый импульс, измерение времени нарастания около 13,3 нс, ограниченной ширины полосы осциллографа (200 МГц), общая длительность импульса составляет около 2,5 нс. Генератор, измеренный на осциллографе с полосой пропускания 2 ГГц (10 GS), показал Tr = 280 pS и общую длительность импульса 1 нс.

Другим является измерение открытого коаксиального кабеля с коэффициентом укорочения 0,66 (коэффициент укорочения – это значение, если электромагнитная волна «работает» медленнее в данной среде по отношению к вакууму) кабель RG 178. Общее измеренное время составляет 17 нс, чтобы рассчитать время распространения, это значение должно быть разделено на 2 (время для достижения отражения и возврата сигнала), которое мы получаем, так что 8,5 нс, теперь этого достаточно, чтобы умножить на скорость света (точнее, электромагнитную волну) и по коэффициенту укорочения кабеля, то есть 0,66. После расчетов получаем результат длины кабеля, равный 1,67 м (фактическая длина кабеля составляет 1,7 м), поэтому ошибка измерения составляет около 2%.

Последнее измерение касается установки антенного кабеля. Аналогично здесь отражение в конце и волнистости в середине измерения. Рассчитанные расстояния представляют собой соответственно разъем на расстоянии 2,2 м и молниеотвод на расстоянии 5,5 м и, наконец, антенну на расстоянии 9,2 м (эти измерения также точны до 3%).

Если отражение выше оси, это означает что кабель разорван, то есть импеданс >50 Ом (относительно выходного импеданса генератора), если под осью – короткое замыкание или импеданс <50 Ом. Измерение действительно точное и показывает любые отклонения от сопротивления кабеля, включая влагу, повреждения, изгибы и так далее. Другой вариант схемы и платы есть в архиве.