Generador de pulsos ultracortos.

Quien haya trabajado en circuitos de vídeo de y de gran ancho de banda sabrá que la forma mas rápida de saber la frecuencia de corte superior de un circuito es medir su tiempo de subida con el osciloscopio. Para ello se aplica una onda cuadrada a la entrada y se mide el tiempo que tarda en cambiar del 10 % al 90 % de valor máximo. La frecuencia de corte superior ( para una caída de 3 dB) en función del tiempo de subida es:

F (Mhz) = 350 / Ts (ns)

Para saber la frecuencia de corte superior en megahertzios dividimos 350 por el tiempo de subida en ns. Asi un amplificador con una frecuencia de corte de 10 Mhz tiene un tiempo de subida de 35 ns, y un tiempo de subida de 1 ns corresponderá a una frecuencia de corte de 350 Mhz.

Para que estas medidas sean correctas la onda cuadrada que se introduce a la entrada debe tener un tiempo de subida menor que la del dispositivo que se pretende medir. Por ello si se pretende trabajar a frecuencias por encima de los 25 Mhz es conveniente un generador con tiempos de subida del orden del ns. Estos dispositivos si son comerciales son lo bastante caros como para no ser accesible para un aficionado. Por ello he desarrollado este simple accesorio que aplicándoselo a la salida de un generador de señales de BF nos permite obtener pulsos u ondas cuadradas con tiempos de subida inferiores a 1ns. Este montaje tan solo tiene el truco de emplear un semiconductor que hoy pertenece casi casi al recuerdo. Se trata de un diodo túnel.

Esquema del circuito.


Como se puede ver el circuito es tremendamente simple. El diodo empleado es un 1N3716 de General Electric, es un diodo de uso general y bastante corriente. Seguramente que con cualquier otro diodo funcionara también. Para construirlo basta con soldar tres conectores hembra BNC de 50 ohmios a una placa de circuito impreso y soldar los componentes. Con un generador de funciones inyectamos una señal sinusoidal en J1, ajustado un poco el nivel enseguida se obtiene en J2 una señal de pulsos y en J3 una señal cuadrada. Hay que tener en cuenta que este circuito esta pensado para atacar cargas de 50 ohmios. Es caso de que se quieran ver las señales con alta impedancia se deberían soldar sendas resistencias de 50 ohmios en J2 y J3.

Al ajustar la frecuencia del generador ajustamos la de los pulsos. Si no tenemos un generador podemos construir cualquier oscilador con un 555 y aplicarla. Tan solo conectar un potenciómetro a la salida para ajustar el nivel.

La fotografía siguiente muestra en la pantalla de un osciloscopio simultáneamente las señales J2 y J3. Como se ve la señal sinusoidal de 5 V pp ha sido transformada en cuadrada con unos tiempos de conmutación muy breves.




La imagen siguiente muestra un detalle del tiempo de subida de la onda cuadrada. Se puede apreciar perfectamente un escalón de unos 300 mV con un tiempo de subida de unos 2 ns. Si tenemos en cuenta que esa imagen se ha tomado con un osciloscopio de 1 ns de tiempo de subida (350 Mhz) que descontado del de la señal nos la situaría por debajo del ns.




La imagen siguiente es de un pulso diferenciado, como puede apreciarse la duración del pulso es de unos 3,5 ns.






Este circuito debido a lo estrecho de los pulsos es bastante adecuado para hacer análisis de reflectometría. Para jugar con esto un poquito, conectamos una T coaxial en J2. En un extremo de la T colocamos la sonda del osciloscopio de forma que podemos observar lso pulsos. Imaginemos que la frecuencia de repetición es de 1 Mhz, entonces los pulsos estarán separados 1 microsegundo.

Si en el otro extremo de la T conectamos un cable coaxial de 50 ohmios de 2 metros de largo abierto en el otro extremo, el pulso se propagara por el cable (*) a una velocidad de unos 0,2 m /ns, se reflejara en el extremo abierto del cable y lo veremos con el osciloscopio separado 20 ns del original. Si cortocircuitamos el extremo abierto, el pulso se producirá en el mismo tiempo, pero la polaridad sera inversa. Si ponemos una carga de 50 ohmios en el extremo, no habrá des adaptación de impedancia y no veremos ningún pulso reflejado.

Los diodos túnel.

Hay mucha información en la red acerca de los diodos túnel. Para el que quiera hacer un minicursillo ( en ingles), esta es una buena dirección. http://www.shef.ac.uk/eee/teach/resources/diode/tunnel.html.

No voy a dar una lección magistral sobre estos dispositivos tan solo para intentar explicar como actúa en este caso voy a poner un símil mecánico.

Imagínate un pulsador que enciende la luz mientras esta pulsado y la apaga cuando está suelto. Al principio empiezas ha hacer presión en el pulsador y este se va desplazando lentamente, sin que se encienda la luz, hasta que llega un momento en que su mecanismo se dispara, y avanza repentinamente sin esfuerzo (zona de resistencia negativa del diodo túnel) y la luz se enciende. Si soltamos lentamente, al principio la luz sigue encendida hasta que llega un momento en que cambia de estado y se apaga.

La gracia del diodo túnel es que esa conmutación entre los dos estados se produce rapidisimamente y por eso una onda senoidal se convierte en una onda cuadrada muy abrupta. Un diodo túnel corriente conmuta en 600ps mientras que un túnel rápido lo hace en menos de 20 ps.

























Características del diodo 1N3716.

Part Number = 1N3716
V(f)(V) Forward Voltage @Ipeak = 500m
Ipeak Max. (A) = 4.7m
Peak Current Tol. (A) = .50m
V(P) (V) Peak-Point Voltage = 65m
V(V) (V) Valley-Point Voltage = 350m
Ratio Ipeak/Ivalley Min. = 4.0
I(F) Max. (A) Forward Current = 25m
f(co) (Hz) Res. Cutoff Freq = 1.8G
R(neg) (Ohms) Negative Res. = 25
r(s) Max. (Ohms) Series Res. = .50
L(s) Max.(H),Series Inductance = .50n
C(t) Max.(F) Total Capacitance = 50p
Semiconductor Material = Germanium
Package = DO-17