三极管雪崩窄脉冲电路设计
三极管雪崩窄脉冲电路设计
三极管雪崩窄脉冲电路设计窄脉冲发射机主要是产生经过调制后的窄脉冲并将信号从天线发射出去，其中关键的是如何产生需要的窄脉冲信号，本文在参考探地雷达脉冲和IR-UWB 产生的基础上，根据现有的和实际的情况，选择了适合的发射电路。
§雪崩三极管窄脉冲产生原理雪崩晶体三极管是可以用来产生比较高速、大功率窄脉冲的器件，它价格便宜、使用方便，因此得到广泛运用。
CEOCE I CBO图 共发射极输出特性曲线从图中可以看出，按照晶体管的工作情况，可以把共发射极接法的输出特性曲线分为四个区域：截止区、放大区、饱和区和击穿区。
当发射结反向运用，集电结也反向运用时，晶体管处于截止区。
当发射结正向运用，集电结反向运用时，晶体管处于放大区。
当发射结和集电结都处于正向运用状态时，晶体管处于饱和区。
在放大区工作时，如果将集电极和发射极间的电压CE V 增加到一定程度，就会使集电结发生雪崩击穿，雪崩击穿电压较高，一般6伏，击穿后集电极电流C I 急剧上升。
下面分析晶体三极管发生雪崩效应的过程。
集电结反向偏压很大，集电结空间电荷区内电场强度达到发生雪崩倍增效应时，电流通过集电结空间电荷区，由于雪崩倍增，电流增大，因此引进倍增因子M 为电流增大的倍速，M 定义为雪崩区内集电结电流与基结电流的比值，数值上等效于雪崩区域内电流放大系数α与正常工作区域内电流放大系数0α的比值。
图 CEO BV 测量原理电路图 图 CBO BV 测量原理电路图在基极开路的共发射极电路中，外加电压比较小而没有发生雪崩倍增情况下，电路电流关系为：0(1)CBO CEO I I α=- (1-1) 若外加电压较高，集电结发生雪崩倍增效应，这时的电流放大系数为0M α，基区的电流为CBO MI ，电路电流关系变为：0(1)CBO CEO MI I M α=- (1-2) 当01M α→，CEO I →∞时，晶体管发生了击穿，当0=1M α时，-C E 间所加的反向电压就是CEO BV 。
三极管雪崩窄脉冲电路设计
三极管雪崩窄脉冲电路设计雪崩窄脉冲电路是一种常见的电路设计，用于产生窄脉冲信号。
在设计这种电路之前，我们需要了解三极管的基本工作原理和雪崩效应。
1.三极管的基本原理三极管是一种功率放大器，由三个区域组成：发射区、基区和集电区。
在正常工作状态下，当向基区施加一个偏置电压时，就会形成一个基电流。
这个基电流会通过发射区流过三极管，并控制集电区的电流。
通过施加适当的电压和电流，我们可以控制三极管的工作状态。
2.雪崩效应雪崩效应是指当三极管的集电电压超过一定阈值时，由于电场引起的电子碰撞，电流会出现非线性增长。
这个阈值被称为雪崩电压。
下面我们将介绍如何设计一个简单的雪崩窄脉冲电路。
3.1电源首先，我们需要选择一个适当的电源，以供电给我们的电路。
通常，三极管工作时需要较高的电源电压。
选择一个适当的电源电压，比如12V或24V。
3.2驱动电路为了控制三极管的工作，我们需要设计一个驱动电路。
这个电路可以是一个晶体管开关电路，它可以将低电压输入转换为高电压输出。
这个驱动电路可以通过一个脉冲发生器产生一个窄脉冲信号。
3.3雪崩三极管选择一个合适的雪崩三极管，它必须具有合适的电流-电压特性。
选择一个具有较高的雪崩电压的三极管，以确保在工作条件下不会发生雪崩效应。
3.4放大电路设计一个放大电路，它可以将驱动电路产生的脉冲信号放大到足够的电平，以控制雪崩三极管的工作。
这个电路可以是一个共射放大器电路，其中三极管的集电极作为输出。
3.5雪崩电路保护为了防止雪崩电路的过电流和过电压，可以添加保护电路。
这个保护电路可以是一个限流电阻或一个熔断器。
3.6输出电路最后，设计一个输出电路，可以连接到雪崩三极管的集电极。
这个输出电路可以是一个电阻和一个负载，它可以将脉冲信号输出到外部电路。
总结：。
超宽带窄脉冲的设计与实现
参考文献 1. 朱慧, 苏锐. 超宽带技术概述[J]. 信息技 术2006年11期, 2006-05-23 2. Kim H., Joo Y., All-digital low-power CMOS pulse generator for UWB system[J]. IEE Electronics Letters Vol. 40, No 24, pp. 1534– 1535, November 2004 3. 黄堂森. 用于超宽带穿墙雷达的窄脉冲 产生技术[J]. 电子科技2007年2期, 2006-08 4. 张海平. 超宽带(U W B)窄脉冲发生器 的研究[D]. 西南交通大学硕士学位论文, 2007-05
图4 重复频率2MHz的脉冲串 图5 晶体管方法生成窄脉冲的原理图
万方数据
69 Electronic Design & Application World-Nikkei Elect窄脉冲
可以实现宽度的实时可控。此外使 用一些集成度较高的成熟芯片，增 强了电路的简易性，也增加了整个 系统的集成度。缺点是脉冲信号功 率有限，而且脉宽也受限于集成芯 片速度，不易做到很窄。
参考文献(4条)
1.张海平 超宽带(UWB)窜脉冲发生器的研究 2007
2.黄堂森 用于超宽带穿墙雷达的窄脉冲产生技术[期刊论文]-电子科技 2007(02)
3.Kim H;Joo Y All-digital low-power CMOS pulse generator for UWB system[外文期刊] 2004(24)
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本文读者也读过(10条) 1. 田野.孙宏宁.祖大鹏.Tian Ye.Sun Hongning.Zu Dapeng 基于MultisimV7平台的组合逻辑电路中竞争冒险的分析[期刊论文]-哈尔 滨师范大学自然科学学报2005,21(4) 2. 吴兰臻.Wu Lanzhen 基于三值模型的竞争冒险检测[期刊论文]-仪器仪表用户2001,8(1) 3. 崔瑞雪.张增良.周涛.CUI Rui-xue.ZHANG Zeng-liang.ZHOU Tao 可编程逻辑器件的竞争-冒险现象[期刊论文]-华北航天工业学院 学报2005,15(2) 4. 韩芳.张亚 EDA技术在竞争-冒险现象教学中的应用[期刊论文]-福建电脑2008,24(12) 5. 王春侠 CPLD应用中计数器竞争-冒险现象的一种消除方法[期刊论文]-陕西工学院学报(自然科学版)2003,19(2) 6. 张洁.宋晓丹.ZHANG Jie.SONG Xiao-dan 计数电路中竞争冒险消除的一种方法[期刊论文]-上饶师范学院学报2005,25(3) 7. 宁敏东.熊中朝.杨犀.NING Min-dong.XIONG Zhong-chao.YANG Xi 竞争冒险实验电路的设计与测试[期刊论文]-洛阳师范学院学报 2006,25(5) 8. 沈济民 组合逻辑电路中的竞争冒险现象[期刊论文]-南京广播电视大学学报2003(4) 9. 尹红卫.侯周国 电平异步时序电路的本质险象[期刊论文]-娄底师专学报2003(2) 10. 冼志妙.李廷洪 电位异步时序电路的冒险现象[期刊论文]-河南职业技术师范学院学报2004,32(4)
一种基于双三极管并联的UWB窄脉冲发生器
一种基于双三极管并联的UWB窄脉冲发生器李宇;路崇;叶威;谭洪舟【摘要】脉冲产生器是IR-UWB通信系统的重要组成模块之一.提出了一种高可靠性的窄脉冲发生电路.该脉冲产生电路基于并联的双射频三极管所产生的雪崩效应与LC电路阻尼原理,产生一阶微分高斯脉冲波形.双三级管的并联设计加速了雪崩效应,降低了工作电压,易于电路实现.当其中单只三极管损坏时,电路仍然可以依靠另一只进行工作.实验测试结果表明:该电路所产生的脉冲峰峰值约为12.88 V,脉冲宽度约为1.6 ns,可以用于IR-UWB通信系统.%The pulse generator plays a fundamental role in the Impulse Radio Ultra-wideband(IR-UWB)communication system.A narrow pulse generator with a high reliability for UWB is proposed,which is based on the avalanche effect of dual parallel triodes and the active damping of LC resonance.The first-derivative Gauss pulses are produced.The coupling of triodes leads to an acceleration on the avalanche effect and lowers the required supply voltage,while the implementation is simplified.Even one of the double triodes gets damaged,the other one is able to accomplish the pulse generation.The simulation and experimental results show that the produced pulse of this generator reaches a peak-to-peak voltage at 12.88 V and the pulse width is 1.6 ns.Finally the proposed circuit is proved to collaborate with the IR-UWB communication system.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2017(040)002【总页数】4页(P333-336)【关键词】超宽带;脉冲发生器;一阶微分高斯脉冲;双并联三极管【作者】李宇;路崇;叶威;谭洪舟【作者单位】广东药科大学信息工程学院,广州 510006;中山大学信息科学与技术学院,广州 510006;中山大学信息科学与技术学院,广州 510006;广东顺德中山大学卡耐基梅隆大学国际联合研究院,广东顺德 528300;中山大学信息科学与技术学院,广州 510006;广东顺德中山大学卡耐基梅隆大学国际联合研究院,广东顺德528300【正文语种】中文【中图分类】TN782脉冲无线电超宽带通信技术利用所产生的窄脉冲波取代传统窄带通信系统中的正弦波,从而实现超宽频带宽通信[1]。
三极管雪崩击穿闪烁灯电路原理
三极管雪崩击穿闪烁灯电路原理闪烁灯是一种常见的电子设备，广泛应用于交通信号灯、警示灯、广告灯等领域。
其工作原理涉及到三极管雪崩击穿现象。
本文将详细介绍三极管雪崩击穿闪烁灯电路的原理和工作过程。
我们来了解一下三极管的基本结构和工作原理。
三极管是一种半导体器件，由三个掺杂不同的半导体材料组成。
它的结构可以分为三个区域：发射区、基区和集电区。
三极管的工作原理是通过控制基区的电流来控制集电区的电流。
当基区的电流达到一定值时，集电区的电流会迅速增大，实现信号的放大和控制。
在闪烁灯电路中，三极管被用作开关元件，用于控制灯的亮灭。
整个电路由三个部分组成：电源部分、控制部分和负载部分。
首先是电源部分。
电源部分通常由直流电源提供电压。
在闪烁灯电路中，一般使用低电压直流电源，如5V或12V。
电源通过一个限流电阻连接到三极管的发射区，以控制电流的大小。
接下来是控制部分。
控制部分由一个信号发生器和一个三极管组成。
信号发生器产生一个周期性变化的信号，如方波信号。
这个信号通过一个耦合电容连接到三极管的基区，以控制三极管的导通和截止。
当信号为高电平时，三极管导通，电流从发射区流向集电区，灯亮；当信号为低电平时，三极管截止，电流无法从发射区流向集电区，灯灭。
最后是负载部分。
负载部分由一个灯泡或LED组成，用于发光。
当三极管导通时，电流通过负载部分，灯亮；当三极管截止时，电流无法通过负载部分，灯灭。
那么，三极管雪崩击穿现象是如何应用于闪烁灯电路中的呢？在闪烁灯电路中，三极管的发射区被正向偏置，而基区和集电区被反向偏置。
当发射区的电压超过一定值时，就会发生雪崩击穿现象。
雪崩击穿是指在高反向电压作用下，电子会获得足够的能量，使得价带中的电子被激发到导带中，形成一个电流。
这个电流可以用于控制灯的亮灭。
在闪烁灯电路中，通过控制信号发生器产生的方波信号的频率和占空比，可以控制三极管的导通和截止时间，从而控制灯的亮灭时间。
通过调整电源电压和限流电阻的大小，可以控制灯的亮度。
三极管雪崩击穿闪烁灯电路原理
三极管雪崩击穿闪烁灯电路原理引言：闪烁灯是一种常见的电子元件，广泛应用于信号灯、警示灯等领域。
而三极管作为一种重要的电子器件，具有放大、开关等特性，被广泛应用于电子电路中。
本文将介绍三极管雪崩击穿闪烁灯电路的原理和工作方式。
一、三极管的基本原理三极管是由P型半导体材料和N型半导体材料组成的，其中包括一个基极（B）、一个发射极（E）和一个集电极（C）。
三极管的工作原理是通过控制基极电流来控制集电极与发射极之间的电流。
二、雪崩击穿效应雪崩击穿效应是指当PN结的反向电压达到某个临界值时，由于载流子的增多，电流迅速增大的现象。
在三极管中，当集电极与发射极之间的反向电压达到雪崩击穿电压时，三极管处于击穿状态。
三、三极管雪崩击穿闪烁灯电路原理三极管雪崩击穿闪烁灯电路的原理是利用三极管的雪崩击穿效应来实现闪烁灯的控制。
1. 电源和电阻：将一个电源和一个限流电阻连接在一起，形成电路的基本供电部分。
电源会提供所需的电压，而电阻会限制电流的流动，保护电路不受过大电流的损坏。
2. 三极管的连接：将三极管的发射极连接到电阻上，同时将基极连接到电源正极，集电极连接到电源负极，形成一个基本的三极管电路。
3. 电容的作用：为了实现闪烁的效果，需要引入一个电容。
电容会在电路中储存电荷，并在一定时间后释放电荷。
通过调整电容的值和电阻的值，可以控制闪烁的频率和亮度。
4. 触发电压：为了使三极管处于雪崩击穿状态，需要通过控制基极与发射极之间的电压来实现。
可以通过一个开关或者信号源来提供触发电压，使三极管处于雪崩击穿状态。
5. 闪烁灯的工作：当触发电压施加到三极管的基极和发射极之间时，三极管处于雪崩击穿状态，集电极与发射极之间的电流迅速增大。
此时，电容会迅速充电，并在一定时间后放电。
放电过程中，闪烁灯会亮起，然后再次充电，循环往复，实现闪烁的效果。
四、总结三极管雪崩击穿闪烁灯电路通过利用三极管的雪崩击穿效应来实现闪烁灯的控制。
通过控制基极与发射极之间的电压，使三极管处于雪崩击穿状态，从而控制闪烁灯的亮灭。
三极管雪崩窄脉冲电路设计知识讲解
三极管雪崩窄脉冲电路设计窄脉冲发射机主要是产生经过调制后的窄脉冲并将信号从天线发射出去，其中关键的是如何产生需要的窄脉冲信号，本文在参考探地雷达脉冲和IR-UWB 产生的基础上，根据现有的和实际的情况，选择了适合的发射电路。
§1.1雪崩三极管窄脉冲产生原理雪崩晶体三极管是可以用来产生比较高速、大功率窄脉冲的器件，它价格便宜、使用方便，因此得到广泛运用。
CEOCEI CBO图1.1 共发射极输出特性曲线从图1.1中可以看出，按照晶体管的工作情况，可以把共发射极接法的输出特性曲线分为四个区域：截止区、放大区、饱和区和击穿区。
当发射结反向运用，集电结也反向运用时，晶体管处于截止区。
当发射结正向运用，集电结反向运用时，晶体管处于放大区。
当发射结和集电结都处于正向运用状态时，晶体管处于饱和区。
在放大区工作时，如果将集电极和发射极间的电压CE V 增加到一定程度，就会使集电结发生雪崩击穿，雪崩击穿电压较高，一般6伏，击穿后集电极电流C I 急剧上升。
下面分析晶体三极管发生雪崩效应的过程。
集电结反向偏压很大，集电结空间电荷区内电场强度达到发生雪崩倍增效应时，电流通过集电结空间电荷区，由于雪崩倍增，电流增大，因此引进倍增因子M 为电流增大的倍速，M 定义为雪崩区内集电结电流与基结电流的比值，数值上等效于雪崩区域内电流放大系数α与正常工作区域内电流放大系数0α的比值。
图1.2 CEO BV 测量原理电路图 图1.3 CBO BV 测量原理电路图 在基极开路的共发射极电路中，外加电压比较小而没有发生雪崩倍增情况下，电路电流关系为：0(1)CBOCEO I I α=- (1-1)若外加电压较高，集电结发生雪崩倍增效应，这时的电流放大系数为0M α，基区的电流为CBO MI ，电路电流关系变为：0(1)CBOCEO MI I M α=- (1-2)当01M α→，CEO I →∞时，晶体管发生了击穿，当0=1M α时，-C E 间所加的反向电压就是CEO BV 。
雪崩管雪崩时最佳门脉冲的探讨
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‘哪盟垫丝注查堡：塾查±笪。
i雪崩管雪崩时最佳门脉冲的探讨唐良树万钧力李艳琴(三峡大学电气信息学院，湖北宜昌443002)摘要：单光子探测器是量子保密通信的主要器件，同时也是量子通信中重要研究的课题，本文介绍了单光子探测器的工作原理以及探测器中电源设计应满足的条件，而且分析了门控模式下单光子探测器工作的优缺点，针对PI N—A PD的特殊结构，建立了其子电路模型。
在门控工作模式下对此模型加以仿真实验证明其准确性，并且探讨分析了雪崩管雪崩时最佳门脉冲的选取。
关键词：A PD；门控模式；电路模型；量子保密通信中图分类号：T P935文献标志码：A引言随着高度信息化时代的到来，信息安全变得越来越重要。
量子保密通信就是一种采用单光子作为信息载体，经由量子信道在合法用户之间建立共享的密钥(真随机数)，来现实数据的保密通信。
量子密码术是根据量子力学不确定性原理以及量子不可克隆定理，任何窃听者的存在都会被发现，从而保证了密码本的绝对安全，也就保证了加密信息的绝对安全。
量子保密通信实用化的关键一是要增加量子密钥的有效传输距离，再就是要提高系统效率。
雪崩光电二极管用于单光子探测，要在反偏电压高于雪崩电压的工作方式下才能工作，即所谓的盖革模式，当一个光子触发A PD(雪崩光电二极管)产生雪崩，为了不影响下一个光子的探测，还要及时抑制雪崩，为了达到探测灵敏度的极限，在继续研制和开发有更高灵敏度的新型结构的光探测器的同时，研究和改进A PD的控制驱动技术，用市场上现有的A PD也能够实现单光子探测。
本文分析了单光子探测器]二作原理，用A PD实现单光子探测的控制驱动技术，并对雪崩管建立子电路模型，以此模型重点分析了门控模式下一些相关特性。
1单光子探测器1．1工作原理实现单光子探测的基本要求是：一方面是对被探测的光子要有很高的响应灵敏度；另一方面是背景噪声要尽可能少，但提高响应灵敏度和降低噪声是两个互相制约的因素。
雪崩效应产生UWB脉冲的Pspice仿真实现
雪崩效应产生UWB 脉冲的Pspice 仿真实现重庆大学通信工程学院 叶凌峡摘要：利用晶体管的雪崩效应来产生超宽带极窄脉冲是UWB 脉冲发生器研究的一个方向。
由于在模拟电路仿真软件中往往没有提供三极管雪崩状态的参数。
因此不能在计算机中对三极管雪崩状态进行模拟仿真。
从而大大增加了UWB 脉冲发生器设计的未知性及工作量。
本文从三极管雪崩原理分析入手，利用仿真软件Pspice 提供了二极管击穿电压参数的条件，经参数修改后将二极管和三极管相结合完成了三极管雪崩效应的仿真，此方法不用重新建造复杂的三极管模型，简单实用，完全达到了设计的要求。
关键词：雪崩效应、UWB 、Pspice 、EM 模型超宽带UWB （Ultra Wideband ）通信技术是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz 量级的带宽。
由此可知窄脉冲发生器在超宽带无线通信系统中占据着极其重要的地位。
UWB 的超宽带特性直接与脉冲发生器的脉冲形状相关，显然，脉冲的持续时间越短，脉冲所占据的带宽就越宽，从而能否成功地设计UWB 系统的脉冲发生器，关系到整个系统的实现。
窄脉冲产生电路的性能与所使用的高速器件有关。
可以产生纳秒、皮秒级窄脉冲的高速器件有隧道二极管、雪崩晶体管等器件。
其中隧道二极管和阶跃恢复二极管所产生的脉冲，上升时间可达几十到百皮秒，但其幅度较小，一般为几百毫伏的量级。
而晶体管的雪崩效应产生的脉冲，在雪崩导通瞬间，电流呈“雪崩”式迅速增长，从而获得具有陡峭前沿的波形，成形后得到极短脉冲，上升时间可以达1～2ns ，输出脉冲幅度可达几十伏，因此被更多的采用。
我们知道用模拟器件设计电路有很多未知性，所以先进行仿真设计是非常重要的，不但可以帮助分析，而且可以极大的减少工作量。
但是著名的模拟电路设计软件Pspice 对一些特殊的工作方式却并不支持，雪崩效应就是它不支持的情况之一。
经过分析，通过对仿真电路进行一些转换设计，我们同样可以仿真出晶体管的雪崩效应。
基于雪崩晶体管的UWB脉冲产生电路
3 基于雪崩晶体管的UWB脉冲产生电路3.1雪崩效应原理为了对脉冲产生器的电路作分析，我们就得先对雪崩晶体管进行分析。
普通的三极管的输出特性可以划分为四个区域，分别是饱和区、截止区、雪崩区和放大区。
当三极管的集电极被加上足够高的反向电压的时候，集电结空间电荷区内部的电场强度会比放大运用的大许多倍，进入集电结的载流子会被强电场加速，是指获得极高的能量后继续与晶格产生碰撞而形成新的电子—空穴对，新生的电子、空穴有分别被强电场加速而获得较强的能量而重复上述所示的过程。
于是三极管集电结电流就会以类似“雪崩”的方式迅速增大，这就是晶体管的“雪崩”效应。
具有明显的雪崩效应的晶体管称之为雪崩晶体管。
晶体管在雪崩去的运用具有如下主要特点[9]：1）在雪崩区内，与某一给定电压值对应的电流不是单一的值。
并且随着电压的增加可以出现电流减小的现象，也就是说，雪崩效应是晶体管集电极—发射极之间呈负阻特性。
2）雪崩晶体管最重要的参数如雪崩上升时间、触发延迟、雪崩下降时间、雪崩脉冲幅度、触发抖动等等，不仅取决于晶体管和电路的参数取值，而且与电路的分布参数有关。
3）由于雪崩应用时集电结加有反向电压，集电结空间电荷区向基区一侧的扩展是有效基区宽度大为缩小，因而少数载流子通过基区的渡过时间缩短很多，即晶体管的有效截止频率大为提高。
4）当晶体管处于雪崩状态的时候起电流会增大到正常运用时候的M倍，其中M味雪崩倍增因子。
设雪崩效应后的晶体管的共基极电流增益为，则有：,M为雪崩倍增因子，我们可以理解为：一个载流子进入了集电结空间电荷区后，在集电结空间强电场的作用下的时候，流出集电结空间电荷区产生载流子的数量是M。
则是雪崩前晶体管的共基极电流增益。
通常略小于1但却近似于1。
倍增因子M 可有下式求解：（25）式中是三极管的外加电压，是三极管发射极开路的时候集电极—基极反向击穿电压，是与晶体管材料相关的密勒指数，通常硅的指数为3—4。
晶体管正常用的时候其发射极电流增益为。
功率MOSFET雪崩击穿问题分析
功率MOSFET雪崩击穿问题分析1 引言功率MOSFET在电力电子设备中应用十分广泛,因其故障而引起的电子设备损坏也比较常见。
分析研究功率MOSFET故障的原因、后果,对于MOSFET的进一步推广应用具有重要意义。
在正向偏置工作时,由于功率MOSFET是多数载流子导电,通常被看成是不存在二次击穿的器件。
但事实上,当功率MOSFET反向偏置时,受电气量变化(如漏源极电压、电流变化)的作用,功率MOSFET内部载流子容易发生雪崩式倍增,因而发生雪崩击穿现象。
与双极性晶体管的二次击穿不同,MOSFET的雪崩击穿常在高压、大电流时发生,不存在局部热点的作用;其安全工作范围也不受脉冲宽度的影响。
目前,功率器件的故障研究已经从单纯的物理结构分析过渡到了器件建模理论仿真模拟层面。
因此,本文将从理论上推导MOSFET故障时漏极电流的构成,并从微观电子角度对MOSFET 雪崩击穿现象作详细分析。
同时,还将对故障时器件的能量、温度变化关系作一定的分析。
2 功率MOSFET雪崩击穿理论分析图1(a)为MOSFET的体内等效电路,其中含有一个寄生的双极性晶体管V2,它的集电极、发射极同时也是MOSFET的漏极和源极。
当MOSFET漏极存在大电流Id,高电压Vd时,器件内电离作用加剧,出现大量的空穴电流,经Rb流入源极,导致寄生三极管基极电势Vb升高,出现所谓的“快回(Snap-back)”现象,即在Vb升高到一定程度时,寄生三极管V2导通,集电极(即漏极)电压快速返回达到晶体管基极开路时的击穿电压(增益很高的晶体管中该值相对较低),从而发生雪崩击穿,。
(a) 体内等效电路(b) 外部分析电路图1 MOSFET等效电路图2 雪崩击穿时I-V曲线下面利用图1的等效电路来分析MOSFET的雪崩击穿。
假设三极管Vb≈0.6V,Vb=IbRb,则可得MOSFET源极电流Is=Ido+γVb=Ido+γRbIb(1)式中:Ido为漏极电压较低时的饱和漏极电流;γ为大信号体偏置系数(Large Signal Body-bias Coefficient),定义为γ=ΔId/ΔVb(2)当Vb很高时,漏极的强电场引起电子沟道电流的雪崩式倍增,产生的空穴向基极流动。
一种超宽带窄脉冲信号发生器的设计
了电路原理图和实验结果 ， 电路分为正 、 负脉 冲 ２ 部分 ， 可生成 底宽 为纳／ 纳秒级 、 、 亚 正 负脉 冲的峰一 峰值高 达 １０Ｖ ６ 的窄脉冲信号 ， 并且脉冲拖尾的振荡起伏小 ， 很好地满足 了雷达系统 的宽度窄 、 大的要 求。电路结 构简单 、 数可 幅度 参
调、 移植性强 、 适用 范围广 。
电
子
测
量
技
术
第３卷 第６ Ｏ 期
２０ ０ ７年 ６月
ＥＩ ＣＴＲ０ＮＩ ： Ｃ Ｍ哐 Ａ
ＥＭ哐ＮＴ ＴＥＣＨＮ０１ ＧＹ ０
一
种超 宽 带 窄脉 冲 信 号 发 生 器 的设 计
吴建 斌 田 茂 ，
４０７ ； ． ３０ ９ ２ 武汉大学电信 学院 武 汉 ４ Ｏ ７ ） ３ Ｏ２
关键词 ：脉冲发生器 ；雪崩三极管 ； 超宽带
中图分类 号 ：ＴＮ ８． ７４１ 文献标识码 ：Ａ
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｎ ｌｒ － ｄｅ ａ ｄ ｎ ｕ ｔ ａ ｓ ｏ ｔｐ ｌ ｅ ｇ ｎｅ ａ ｏ ｓ ｇ ｆａ ｕ ｔ ａ ｗｉ ｂ ｎ ａ ｄ ｌｒ － ｈ ｒ ｕ ｓ ｅ ｒ ｔ ｒ
ＷｕＪａ ｂｎ ， Ｔｉｎ Ｍａ ｚ ｉｎ ｉ 。 ａ ｏ
（ ． ｐａｔ ｎ ｆＩ ｆ ｒ ｔ ｎ Ｔｅｈ ｌｇ ， Ｈｕ ｚ ｏ ｇ Ｎｏ ａ ｎｖ ｒ ｉｙ Ｗ ｕ ａ ３ ０７ ； １ Ｄｅ ｒｍｅ ｔｏ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｃ ｎｏｏ ｙ ｏ ａ ｈ ｎ ｒ ｌ ｉｅｓｔ ， ｈ ｎ ４ ０ ９ ｍ Ｕ ２ Ｓ ｈ ｏ ｆＥｌｃｒ ｎｃＩ ｆ ｍａｉｎ，Ｗ ｕ ａ ｎｖ ｒ ｉ Ｗ ｕ ａ ３ ０ ２） ． ｃ ｏ ｌｏ ｅｔｏ ｉ ｎｏｒ ｔｏ ｈ ｎＵ ｉｅｓｔ ｙ， ｈ ｎ ４ ０ ７
从半导体雪崩效应谈起——分享一个趣味小电路
从半导体雪崩效应谈起——分享一个趣味小电路哥是一个杂家，乱七八糟的都懂一点皮毛。
今天跟大家聊聊半导体的雪崩效应，利用它做的一个小电路，没啥鸟用但富含人生哲理。
既然我做的是音乐号，今后在每一篇文章中都插播一曲音乐吧，权当是背景音乐。
7080后应该还记得公厕里常见的冲水装置：一水龙头慢慢注水，水漫则倾翻，水瞬间冲入那槽……。
这东西难得见到了，我百度了一下居然也没找到图片。
那翻斗在水未满之前是稳定的，随着水量增加，达到临界点时，瞬间失衡水冲出去。
今天要探讨的半导体雪崩效应也就是这原理，完全一样的原理。
图解：临时找的一个绘图软件，不太会用，请将就着看吧。
此图中的三极管可使用常见的9013.9014等，本人实测，绝大多数三极管都具有雪崩效应。
电解电容容量47-100微法即可，电阻100-470k。
电源可直接连接220V交流电，请自行添加一个整流二极管。
工作原理：100V电压经过120k电阻限流，电流很小缓慢向电容器充电，电容器两端的电压是从0V增长的，当达到三极管的击穿电压值时，三极管的ec结瞬间击穿，电容经三极管向发光二极管放电，二极管闪亮一次。
电容器放电完毕归于0V（其实不是0V这里为方便表述就说0V吧）。
然后呢？电压没了，三极管恢复了，不导通了，然后电容器再次缓慢充电，然后再次放电，周而复始。
结果就是发光二极管不停闪烁。
注意到了吗，这三极管是反向使用的，反向使用时，它的击穿临界电压大约为7v-10v，也只有反向使用它才具有雪崩效应。
所谓雪崩效应就是，三极管ec结两端的电荷在电压的作用下不断累积，当达到某个临界点时，三极管穿透了，电荷迅速释放到另一端，完成一次电流的导通。
怎么样，这跟那冲水的机械原理是不是完全一样啊？其实，精满自溢也是这个道理……捂脸，羞羞。
人生处处有真谛，当一个人过于自满而忘形时，难免会有崩溃的一天，比如，那啥FBB。
好了，如果您有兴趣去实验一下这个电路，还可以将发光二极管换成小喇叭，让它发出雨滴声或者蜂鸣声——取决于限流电阻的大小。
雪崩三极管原理
雪崩三极管原理嘿，朋友，你有没有想过有一种小小的电子元件，它就像一个隐藏着巨大能量的小魔法盒，只要条件对了，就能引发一场“电子雪崩”？这就是咱们今天要唠唠的雪崩三极管。
我有个朋友，他叫小李，是个电子迷。
有一次我们聊天，他眼睛放光地跟我说：“你知道雪崩三极管吗？那可太神奇了！”我当时就被他勾起了好奇心。
这三极管我知道啊，可这雪崩三极管是啥特殊玩意儿呢？咱先从普通三极管说起吧。
你看，三极管就像是一个电子的交通警察，在电路里指挥着电子的流动。
它有三个电极，就像三个不同的岗位，基极（B）、集电极（C）和发射极（E）。
基极就像是一个小小的指挥台，给一点小信号，就能控制从发射极到集电极之间电子流的大小。
这就好像在一个繁忙的路口，交警轻轻挥一下手，车流就会按照他的指示变化。
那雪崩三极管呢？这可就像是普通三极管的超级进化版。
想象一下，雪崩三极管里面的电子就像一群住在山坡上的小居民。
平时呢，大家都各干各的，规规矩矩的。
但是当外加的电压达到一定程度的时候，就像是一场突如其来的大雪崩要发生了。
我曾经问过一位资深的电子工程师老张，他跟我说：“你想啊，当反向电压足够高的时候，三极管内部的载流子就像那些原本平静的小居民被激怒了一样。
”在这个时候，少数载流子在高电场下获得了巨大的能量，它们开始横冲直撞。
这就好比原本平静的小山坡上，突然有几个调皮捣蛋的家伙开始疯狂地奔跑，而且还会撞到其他的居民。
这些被撞击的居民呢，也被赋予了能量，跟着一起疯狂起来，然后又去撞击更多的居民。
于是，就像雪崩一样，载流子的数量急剧增加。
这个过程啊，就叫做雪崩倍增效应。
哎呀，你说这像不像在平静的池塘里丢了一颗小石子，结果引起了巨大的涟漪，一圈一圈地扩散，最后整个池塘都动荡起来了？这雪崩三极管在实际应用里那可是相当厉害的角色。
比如说在一些需要快速产生大电流脉冲的地方，它就大显身手了。
我记得小李跟我说过一个例子，在某些雷达发射装置里，就需要雪崩三极管这种能够瞬间产生强大脉冲电流的元件。
用雪崩三极管产生高压纳秒脉冲信号的电路的制作方法
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三极管雪崩窄脉冲电路设计
窄脉冲发射机主要是产生经过调制后的窄脉冲并将信号从天线发射出去，其中关键的是如何产生需要的窄脉冲信号，本文在参考探地雷达脉冲和IR-UWB 产生的基础上，根据现有的和实际的情况，选择了适合的发射电路。
§1.1雪崩三极管窄脉冲产生原理
雪崩晶体三极管是可以用来产生比较高速、大功率窄脉冲的器件，它价格便宜、使用方便，因此得到广泛运用。
CEO
CE
I CBO
图1.1 共发射极输出特性曲线
从图1.1中可以看出，按照晶体管的工作情况，可以把共发射极接法的输出特性曲线分为四个区域：截止区、放大区、饱和区和击穿区。
当发射结反向运用，集电结也反向运用时，晶体管处于截止区。
当发射结正向运用，集电结反向运用时，晶体管处于放大区。
当发射结和集电结都处于正向运用状态时，晶体管处于饱和区。
在放大区工作时，如果将集电极和发射极间的电压CE V 增加到一定程度，就会使集电结发生雪崩击穿，雪崩击穿电压较高，一般6伏，击穿后集电极电流C I 急剧上升。
下面分析晶体三极管发生雪崩效应的过程。
集电结反向偏压很大，集电结空间电荷区内电场强度达到发生雪崩倍增效应时，电流通过集电结空间电荷区，由于雪崩倍增，电流增大，因此引进倍增因子M 为电流增大的倍速，M 定义为雪崩区内集电结电流与基结电流的比值，数值上等效于雪崩区域内电流放大系数α与正常工作区域内电流放大系数0α的比值。
6
图1.2 CEO BV 测量原理电路图 图1.3 CBO BV 测量原理电路图 在基极开路的共发射极电路中，外加电压比较小而没有发生雪崩倍增情况下，电路电流关系为：
0(1)
CBO
CEO I I α=
- (1-1)
若外加电压较高，集电结发生雪崩倍增效应，这时的电流放大系数为0M α，基区的电流为CBO MI ，电路电流关系变为：
0(1)
CBO
CEO MI I M α=
- (1-2)
当01M α→，CEO I →∞时，晶体管发生了击穿，当0=1M α时，-C E 间所加的反向电压就是CEO BV 。
实验表明，倍增因子M 与外加反向电压V 的关系为：
1
1()
m
B
M V V =
- (1-3) 其中B V 为集电结雪崩击穿电压，对于基极开路的情况，V 近似等于CEO V ，m 为常数，与晶体管的结构和材料有关[8]，具体取值如表1.1：
对于不同的m 值，应用M 值表达式可以仿真出外加电压倍增因子M 与m ，B
V V 三者之间的关系，仿真图如下：
图1.4倍增因子M 与m ，
B
V V 关系
从图1.4中可以看出，在
B
V
V 一定的时候，m 越大，则M 值越小；当外加电压V 一定时，B V 越小，则雪崩电流增加得越大；当B V 一定的情况下，只有增大外加电压V 的值，M 值才会变大，雪崩电流才会显著增加，所以在观察晶体管的雪崩现象时，外加电压要有一定的要求，否则雪崩现象就不会明显[9]。
因此在选择雪崩晶体管时，雪崩击穿电压B V 是一个比较重要的标准。
在集电结为雪崩击穿的情况下，设CBO B BV V =，代入M 值表达式，在晶体管发生了雪崩击穿时，0=1M α，V =CEO BV ，于是有：
0m 00=1=11(
)CEO CBO m
CEO CBO
M BV BV BV BV α
ααα=
⇒-- (1-4)
由0
00
1αβα=
-化简CEO BV 得 m
1CBO
CEO BV β+（0β为大电流直流放大系数） (1-5)
由于0β一般情况下大于1，因此CBO BV 总是大于CEO BV ，在知道CEO BV 和0β后可以近似估算出CBO BV ，可以看出0β越大，CBO BV 与CEO BV 的差值就越大，这在给选择雪崩三极管提供了一个重要的依据。
8
§1.2基于三极管雪崩效应的大幅度脉冲电路设计与测试
应用单个晶体三极管可以构成一个基本的雪崩电路，其原理如图1.5所示：
图1.5 晶体管雪崩效应窄脉冲形成电路
从电路图1.5中可以看出，晶体管雪崩电路图与基本的三极管开关电路一样，都是通过三极管结间导通截止从而形成输出波形，所不同的是三极管开关电路工作在饱和、截止区，而雪崩电路工作在雪崩区，两者之间的差别在于所加的电源电压不同，工作点不同。
其实从本质上来说，雪崩电路也是一种开关电路，只不过这种电路工作在雪崩区，开关速度非常快，这是由于在导通时电流是雪崩式地成倍增长而流过的缘故。
基于图1.5电路，三极管型号为S8085D331，当所加电源低于雪崩电压VCC=24V 时，输出脉冲幅度为4.32V ，脉冲宽度为60ns ，测量到的脉冲波形如下：
图1.6 三极管工作在开关状态输出波形 图1.7 开关管输出波形
从测量的波形可以看出，由于输入端有Cb =100p 电容和Rb =1k Ω构成了微分电路，输入到三极管基极的100kHz ，幅度为2V 的方波被微分了，在上升沿和下降沿形成了脉冲，从图上可以看出，输出的波形为反相的开关电路。
在本次制作中，根据图 1.2和图1.3测量了型号为S8085D331、S9014C331、S9013H311、2N3094四种常见三极管的CBO BV 和CEO BV ，实际测量值如表1.2所示：
应用四种三极管在图1.5中分别做了测试，其中Cb =100p ，Rb =1k Ω，Rc =10k Ω，Co =100p ，Ro =61.5Ω输入外部触发脉冲为100kHz,幅度2V 的方波，改变VCC 值，示波器为泰克TDS2024，采样率为2GS/S ，带宽200MHz ，探头为200MHz ，得到的测试数据如表1.3所示：
从表1.2和表1.3可以看出，为了保证雪崩击穿，电源电压需大于CEO BV ，但为了防止三极管发生二次击穿而损坏三极管，所外加电源电压最好小于CBO BV 。
CEO BV 越高的管子要求外加的电压就越大，雪崩效应才比较明显，这与第三节中分析倍增因子与外加电压的关系是一致的。
在三极管发生雪崩效应的临界点，输出脉冲的幅度和宽度都有显著的变化，即雪崩前，三极管工作在开关状态，输出的脉冲为触发信号的反向信号，而工作在雪崩区的三极管，开关速度明显更快，集电结电流显著增大。
为了观察负载与储值电容对输出雪崩脉冲的影响，选取S8085D331三极管，在测试条件同上的情况下，改变储值电容和负载值，得到的测试结果如表1.4所示：
10p/61.5Ω60 V 1.1 V 43 ns 68.7 V 6.24 V 7.2 ns
68 V 2.4 V 10 ns 70 V 9.36 V 4.2 ns
10p/510Ω70 V 5.36 V 60 ns 74.5 V 16 V 22 ns
74 V 7.2 V 50 ns 80 V 23.6 V 13.2 ns
10p/2kΩ74 V 12.8 V 92 ns 74.5 V 17.6 V 58 ns
80 V 21.6 V 42 ns
从表1.4中可以看出，在Ro相同的情况下，增大Co的值可以提高输出脉冲的幅度，因所存储电量比较多，在触发脉冲到来时，需外加电压比较低就可以使三极管发生雪崩击穿，但脉冲宽度比电容值小时宽；在Co相同的情况下，增大Ro可以提高外加电压，从而使三极管雪崩时的脉冲幅度提高，但随之而来的也是脉冲宽度的增加。
由此我们可以将三极管发生明显雪崩状态时的输出回路看成一个C-E间有小电阻R，由Co和Ro组成的放电回路，输出的脉冲幅度和宽度与电阻值和电容值有一定CE
的比例关系。
雪崩后三极管输出的波形在幅度上要比雪崩前脉冲的幅度高，而且脉冲下降沿也很陡峭，四种型号三极管雪崩前和雪崩后临界点之间的波形如下列图所示：
图1.8 S8085D331雪崩前图1.9 S8085D331雪崩后
图1.10 S9013H311雪崩前图1.11 S9013H311雪崩后
10
图.1.12 2N3094雪崩前图1.13 2N3094雪崩后
图1.14 S9014C331雪崩前图1.15 S9014C331雪崩后结合表1.3和示波器的波形可以看出，雪崩临界点之间的波形区别很明显，在未发生雪崩击穿时，输出脉冲平整，对触发源的影响不大，但在发生雪崩时，由于输出脉冲幅度较大，反馈到了触发源，影响了触发脉冲的波形，在雪崩脉冲的上升沿形成了震荡，输出的雪崩脉冲幅度越大，影响的效果就越明显；同时可以看出，在发生雪崩状态时，输出脉冲并不是立即产生很尖锐的脉冲，在触发脉冲上升沿到来时就已经发生了三极管的导通状态，而后才发生更剧烈的雪崩状态，这更进一步说明了雪崩状态其实是在开关状态上的更高速导通。