一种脉宽可调的高压脉冲发生器的研究与设计

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1、第3O卷第8期核电子学与探测技术V01．3ONo．82010年8月NuclearElectronics&DetectionTechnologyAug．2010一种脉宽可调的高压脉冲发生器的研究与设计杜继业，董静然，宋顾周(西北核技术研究所，西安710024)摘要：介绍了一种基于晶体管共发一共集级联方式产生大幅度输出、脉冲宽度可调的脉冲发生器。详细分析了共发、共集电路和共发共集组合电路的线路结构，介绍了脉冲宽度可调高压脉冲发生器的工作原理及设计与实现。脉冲发生器的输出幅度．300V，脉冲前沿时间17n8，后沿时间24n8，脉冲宽度从100IIS到10连续可调

2、。本发生器作为像增强器电子快门装置已成功应用于高速相机中，该相机在高速摄影图像诊断中获得了很好的物理结果。关键词：脉冲发生器；晶体管；共发电路；共集电路中图分类号：TN7102文献标识码：A文章编号：0258-0934(2010)08-1046-04高压、高速脉冲产生技术在高速摄影图像1共发一共集组合电路诊断、高温等离子体物理诊断中具有重要的作用。用来产生高速大幅度脉冲的方式有许多，为了便于说明脉宽可调脉冲发生器的工作如采用雪崩电路、利用阶跃恢复二极管电路等，特性，首先简要介绍一下共发、共集开关放大的但对于同时要有大的脉冲宽度输出且可调时，工作状态及晶体管

3、结电容、分布电容、负载电容利用上述脉冲电路产生就十分困难了。针对这等形成的等效电容C。对开关速度的影响引。种情况，采用共发一共集互补电路研究设计了一1．1共发开关电路种脉冲宽度能在百ns一几十s可调、输出幅带有等效电容C。的NPN管共发电路原理度一300V的脉冲发生器⋯。图及波形图如图1所示。O收稿日期：2009-06-01图1NPN晶体管共发电路原理图作者简介：杜继业(1963-)，男，黑龙江人，高级实验师，主要从事电子技术研究工作。1046￡。时刻，晶体管处于截止状态，输出电压电路，它输出脉冲的负沿要比正沿快得多。由=+。假设，在t瞬间，输入电压是一个

4、正于负沿是在NPN管从截止状态转换到饱和状向阶跃脉冲，开关管由截止状态迅速地转换到态所产生的，为了获得快的负沿脉冲，应该将开饱和状态，输出电压从+。按时间常数丁关管设计在由截止状态转换到饱和状态。而对(下一C。R)向。。放电。R。为晶体管饱和电于PNP管共发电路，它是下3~-,r，即输出脉冲阻，它可以按式尺。。／，c。近似计算，式中。的正沿要比负沿快得多。为开关管在饱和时集电极到发射极之间电压；1．2共集开关电路，cs为开关管在饱和时的集电极电流。而在t的带有等效电容C。的PNP管共集电原理图瞬间，输人电压是一个负向阶跃脉冲，开关及波形图如图2所示。假设在

5、t之前，C。上的管由饱和状态迅速地转换到截止状态，输出电电位处于高电位，在t的瞬间，输人电压是一压从。按时间常数下：(下C。R。)向+E。充个负向阶跃脉冲，开关管导通，C。上的电荷通过电；通常，尺在大信号开关状态时设计到几n开关管按时间常数下迅速放电，下一C。R，其甚至小于1Q，而集电极负载电阻R通常是几中尺为晶体管饱和内阻，尺。。／，其值很十Q到几百Q，因此相对来说，在这种NPN的小，因此PNP管对负向脉冲跟随很好。假设在共发电路中，充电是个相对缓慢的过程。t的瞬间，输入电压是一个正向阶跃脉冲，由可以看出：时间常数正比于C。，C。越大，于c。的存在，使得

6、的电位不能突变，在晶体下。、T：也越大。为了缩短开关时间，就要选择结管截止时，输出只能按时间常数T：一C。R。上电容C。小的开关管，并且尽量减小分布电容。升，由于尺。通常较大，所以下：也很大，因此PNP时间常数T《T。T表示输出脉冲的负沿，T管共集电路对正向阶跃脉冲跟随不好。表示输出脉冲的正沿，因此对NPN的共发开关Vsvs图2PNP晶体管共集电原理图1．3共发一共集组合电路如图4所示。主要由四部分组成：(1)脉冲形通过上面分析可以知道，采用NPN、PNP成级；(2)脉冲整形级；(3)功率放大级；(4)电级联耦合形成的共发一共集组合电路，可以对脉平转换级。

7、冲的下降沿进行很好的整形。组合电路如图3输入信号经R，，R和w组成1T型网络送所示，BG是NPN型共发电路，BG：是PNP型共至由脉冲形成电路与外部电阻、电容C，构集电路，由BG，整形出来的负向快沿脉冲送到成的脉冲形成级，在该级完成脉冲初级整形，调BG：，由于BG是PNP型共集电路，它能线性地节的大小可以改变脉冲输出的宽度，选传输负向脉冲，所以图3是整形负向脉冲合理用精密多圈电位器，实现脉宽的连续调节。该的共发一共集电路。级输出信号送到由BG和BG组成的共发一共集组合电路，BG组成了适合于整形负向阶跃2电路设计与实现特性的共发电路，BG组成了适合于整形负向

8、一300V大脉宽可调脉冲电路的电路形式阶跃特性的共集电路。信号经过