脉冲电源

从最近几年来看，随着晶体管在雪崩区的功能应用越来越多，对晶体管的雪崩效应特性的研究不断深入，对雪崩效应工作过程的认识逐步增强，这样使得产生具有纳级和亚纳秒级的脉冲成为可能。元器件的制造工艺不断改善和推陈出新。随着半导器件的发展，使得各种半导体专门为设计出工作在雪崩区的体管的出现，使得高压窄脉冲源可以小型化，采用固态电路就实现高幅度的窄脉冲成为可能。目前，小型化的脉冲发生器技术已经在高速控制领域和一些测试设备领域得到较多的应用。

对高幅度窄脉冲源的设计指标是：

(1)脉冲宽度小于5ns。

(2)50欧负载输出脉冲的峰值大于500V。

(3)脉冲拖尾幅度小于主脉冲幅度的20％。

(4)脉冲拖尾时间小于5ns

高斯脉冲，即为电路输出模拟高斯函数，高斯函数表达式如下：

通过调整α调整输出脉冲宽度

现在，在实际应用当中的高斯脉冲产生电路一般使用全固态类型，此种类型的核心元器件就是高速的开关器件，这种开关器件可以是光电器件也可以是高速电子元器件。光电器件是利用半导体材料制成的光导效应高速开关，而电子元器件开关主要采用中小功率的半导体高速开关器来实现，一般可选择的器件有：隧道二极管、俘越二极管、阶跃恢复二极管和雪崩三极管。这些器件产生脉冲的原理各异，产生脉冲的指标也各有特点，可以根据产生的脉冲性能不同而用在不同的场

合。使用隧道二极管可以产生幅度为几百毫伏、宽度为几十皮秒的低幅度窄脉冲，它是利用多数载流子导电，不存在少数载流子存储效应，所以工作速度非常高。俘越二极管脉冲产生电路是利用工作在俘越模的雪崩二极管来产生窄脉冲，它产生的脉冲幅度在几十伏到几百伏，宽度为几百皮秒。阶跃恢复二极管是利用它的快速反向恢复特点来改善输入脉冲的边沿，它可以产生幅度为几十伏到几百伏，宽度为几百皮秒的脉冲，电路结构简单、调试比较方便。雪崩三极管是一种比较理想的高速开关器件，目前得到广泛应用。很多皮秒级脉冲产生电路都需要由雪崩三极管构成的前级来触发驱动。另外还可通过ECL门电路、转移电子器件逻辑电路、超导逻辑电路、砷化嫁场效应管逻辑电路等集成电路来产生超宽带的高斯脉冲信号。

从电路的组成结构来看，超宽带高斯脉冲产生电路都是比较简单的，一般只用几个电子元器件可以形成一个超宽带的高斯脉冲产生电路。可是我们不能用普通常规电路的概念来处理超宽带高斯脉冲产生电路。在构成电路时一定要特别认真选择电路元器件的材料、尺寸图形、形状、机械结构，以及考虑到在较宽的频率范围以内作用，并要注意运用传输线的基本原则才可能获得预期的设计结果。

阶越恢复二级管脉冲产生电路

利用SRD产生极窄脉冲的结构框图。其触发源为高频(几十MHz以上)正弦波电压。L为调谐电感，cI为调谐电容，用来调谐脉冲发生器的输入导纳，使脉冲发生器的输入阻抗为纯电阻。当输入电压为负时，SRD正向导通，A点对地的电压U

等于

A

管压降，为很小的负值。输入电压由负变正时，SRD由于少数载流子的存贮效应，结电压不会立即改变，而仍为很小的负值。当管子内部存贮的少数载流子驱散殆

尽时，反向电流迅速减小并很快恢复到正常的反向截止状态，电压U

陡直上升。

A 。将随输入电压变化，直至输入电压再次变到负值，使SRD再次正偏，从随后U

A

而将电压U：限制在很小的负值。需要注意的是，使用该电路来产生极窄脉冲，输入正弦波的周期不是远大于SRD的存贮时间才能形成脉冲。否则，输入频率过低，SRD内存贮的少数载流子来得及跟上输入电压的变化，当输入电压由负变正时，二极管立即截止，这时输出为正弦波的正半周，而不是脉冲。其次，要求触发源能输出足够大的电流，以使SRD有较多的少数载流子存贮和及时驱散。因此，电路中的电阻R常常是正弦信号源的内阻。

高斯脉冲发生器的固态电路结构主要由直流偏压部分、开始触发脉冲、雪崩管脉冲产生电路和输出部分几个部分组成

脉冲发生器系统框图

直流电压供给

根据专门用于雪崩效应的雪崩晶体管的物理电参数，为了使雪崩晶体管处在临界的雪崩状态，在电路结构中采用直流偏压，使晶体管达到临界雪崩的状态。根据晶体管的要求这里需要提供几十伏到两百伏的直流偏压，使得选用的雪崩晶体管产生需要的雪崩效应。为了在后边调试电路的方便，设计采用连续可调的直流偏压。供电的示意图如图所示，方案采用稳压直流电源输出恒定的直流电

压给直流变压器，然后通过直流逆变变换器使输出的直流电压达到选取的雪崩管所需要的偏压。

直流电源供给图

初级触发电路

雪崩晶体管运用雪崩效应产生脉冲需要一个开始触发脉冲，和第三章分析的，雪崩晶体管存在过压雪崩的情况，晶体管在直流临界偏压超过临界雪崩电压时，晶体管会发生自激雪崩。由于触发脉冲不一定需要很大的脉冲幅度，只需要由一个较快的脉冲上升沿就可以满足触发脉冲的条件，所以这里的开始触发脉冲模块就是利用雪崩晶体管在过压时产生的自激脉冲，它的幅度不高，可是具有快的上升沿。

雪崩脉冲基本电路

雪崩晶体管MARX电路

要使电路输出幅度很高的的高斯脉冲，对雪崩晶体管的电路形式进行改进，采用MARX电路的结构。这里讲的MARX电路，就是多个雪崩晶体管由电源并联充电，然后串联向负载放电。MARx电路结构由于其并联充电、串联放电机理，所以具有突出优点，可以以较低的电源电压得到较高的输出脉冲，其幅度可以远高于电源

电压

脉冲输出电路

要产生一个高斯脉冲，要有较好的上升沿也要有一个较好的下降沿。所以，输出级电路对形成一个较快的脉冲下降沿有着较大的影响。要使输出的脉冲有一个快速的下降沿，这里采用微分电路的思想，在MARX级联最后一级雪崩晶体管的储能电容使用小于其他各级的储能电容。这样最后一级的充电电荷少于其他各级在电路输出级放电时，电容旱边的电荷量迅速释放，使得脉冲有一个较好的下降沿