关于单片机的可控高速高压电脉冲发生器的设计编程
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２ ． 冲产生 电路 ３脉
电 模 Ｉ 源 块
优 后 输出 冲Ｖ 化 的 脉 ４
通 常 ． 晶体 三 极 管 的输 出特 性 分 为 四个 区域 ： 饱 和、 性 、 线 截止 与雪 崩 区。 当晶体管 的集 电极 电压很 高 时 。集 电结 的载流 子被 强 电场加速 ，从 而获 得很 大能 量． 他们 与晶格 碰撞 时产 生 了新 的电子一 空穴 对 ． 生 新
动 电路 。分析 了单 片机 控 制 雪崩 三极 管产 生脉 冲 的工 作原 理 ， 出了电路 的改进 形 式 ， 出了软件 编程和 提 指
硬 件 电 路 设 计 的 具 体 实 现 过 程 。 后 给 出 了测 试 结 果 和 结 论 。 最
【 键词 】 单 片机 ； 关 ： 高压 窄脉 冲 ； 雪崩 晶体 管 ；
ＭＣ ３ ８ ３ ８ ６是 Ｆ Ｅ Ｓ Ａ Ｅ公 司 的产 品 。ＭＣ ３ ８ 电源 电压增大 到某 一 电压值后 开始 减小 。这 是 由于 电 Ｒ ＥＣ Ｌ ３ ８６ 内部集成 了两个 半桥 驱 动 电路 ，而且 内部具 有短 路保 源 电压 在增大 到某 一 电压 值 时 ．晶体管 工作 在非 雪崩 之后 晶体管 工作 于雪 崩 区。在雪 崩 区工 作 ， 由于器 护 、欠压 保护 和过温保 护 等 ，最 大输 出电流 可 以达到 区 ． 件 内部 产生 了正反 馈 ． 以获得 前沿非 常 陡直 的脉冲 。 可 ５ Ａ。 当 电路工 作 在雪 崩状 态 时 ，为 了提高 雪 崩 电路 的 工作 频率 ． 必须减 小 电路恢 复时 间 ， 得雪 崩 电路 能够 使 触发 控 制 ． 具体 高 低 电平 输 出如表 １所 示 ，９ ５ 单 片 ８Ｃ １ 较快 的恢 复 。减 小恢 复时 间 ， 是减 小 电阻或 电容 ， 就 但 ＭＣ ３ ８ 芯 片 的 Ｉ １和 Ｉ ２端 由单 片 机 ８ Ｃ １ ３８６ Ｎ Ｎ ９ ５
１ ｌ ．弓 言
机 的调 制程 序可 用汇 编语 言或 Ｃ语言编 写 。
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随着高 速 电路的发 展． 纳秒 乃 至亚 纳秒 电信 号 的 对 产 生及在 各种无 源 电路上 的 传输 特性 的研 究 显得 尤 为 重要 。高 压 、高速 电脉 冲产 生技术 在 驱 动半 导体 激光
表 １ ＭＣ ３ ８ ３ ８ ６输 入 与 输 出 的 关 系
． 冲 电源 而 ． 然 目前还 不能制 造 出 同时满 足脉 冲源 耐压 ２２脉冲整 形 电路 脉 冲整 形 电路 将 振荡 电路 所产 生 的方 波脉 冲转 换 条件及 开关 速度 要求 的脉 冲产生 器件
本 文 就基 于单片 机 的 可控 高速 高 压 电脉 冲发 生 器 为正 向高斯 触发 脉 冲 触 发 脉 冲的特性对 后级 所生 成 触发脉 冲越 窄 ． 率越 功 的设 计制 作 进 行 了软 件编 写 、 电路 设 计 、 验 与测 试 ， 的大 电流 短脉 冲有 着重要 影 响。 实 越有 益 于雪 崩 晶体管 的瞬 间导通 产 生 了亚纳秒 的极 窄脉 冲 。本方 案 结构 简单 、 积小 、 大 ． 体 成 本低 、 易于集 成等 优点 ， 合 于高 速短 距离 下 的超 宽 适 带无 线 系统和 高速半 导体 激光 器 的驱动 ２系统设 计与 实验 ． 本 文设 计的 总体方案 如 图 １ 示 ： 所
２１ ０ １年第 ４期
福 建 电
脑
１７ ４
关 于单片机 的可控 高速高压 电脉 冲发 生器 的设计编程
杨 桦
（福 建省 科技 信 息研 究所 福 建 福 州 ３ ０ ０ ５ ０ ３）
【 摘 要 】 本 文介 绍 了一种 可 用 于半 导体激 光 器、 ： 高速 摄 影 、 号 处理 以及 激 光 雷达 的亚 纳秒脉 冲驱 信
器 、Ｄ 图像 系统 、高速 摄 影 和探地 雷 达 等领域 具 有广 ３
Ｉ Ｎ２
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泛 的用途 。 因此需要 一种 能够 产生 脉宽 和周期 可 调 、 高 压 、高重 复频率 和纳秒 级 上 升前沿 的脉 冲的高 功 率脉
的雪崩 倍增 效应 各部分 结构 和工作 原理 如下 ： ２３１ ． 单个 晶体 管脉 冲发 生电路 ． ２１ 片机控 制 的方 波产 生 电路 ： ．单 在 不 同工 作 电压 下 。 晶体 管 的开关 特性 是 不 同 的。 本 装置 选用 的 中央处 理器 ． 片 内带 有 ４ 是 Ｋ字 节 闪 电容上 积 累的 电荷增 多 ， 输 速可 编 程 、可擦 除 只读 存 储 器 Ｐ Ｒ Ｍ 的 ８ Ｃ １ 片 随着 电源 电压 的逐 渐升 高 ． ＥＯ ９５ 单 下 脉 机 （ Ｕ） 该 产 品工 作 时 钟 最 高可 达 到 ２ ＭＨ 。 比 出脉 冲的幅度 增大 ； 降时 间 、 冲宽度 主要 是 由放 电 ＭＣ ４ ｚ 在 只是 ８５ ０ １系 列单 片机更 加 灵 活方 便 。 实 时 控 制 ． 时处 时 常数 决定 ． 电源 电压 增加 的 的过程 也在 增大 ， 使 实 变化 得 不 明显 。 于上 升时 间的变化 规律是 先增 大 ， 对 当 理 的功 能更 加 完善 ． 同时也 大 大的 简化 了硬件 配置 。
单 机 制 方 片 控 触发 波
榭 蒯
冲Ｖ ２
经实 际 制作 与 调试 ．该 电路部 分输 出 的正 向高斯 触 发 脉 冲 如 图所 示 ， 升 沿 时 问 ｔ ３ ． ｎ ， 降 沿 时 上 。 ６Ｏ ｓ 下 ： ３ 间 ｔ１ １， ２ ．． 幅值 Ｖ ＝ ２ ｍ ＝ ２Ｌ ｓ ２８ ０ Ｖ。
的电 子 、 穴又 被强 电场加 速而重 复上述 过程 。 空 于是 流
触 冲一 发 厂 雪 出 脉 盲 脉３ 脉 萌冲 输７ 中 Ｖ
脉冲 产生 电路
（ 以双极 性晶 体
脉冲整形电 路
脉冲沿陡化电路 （ 以阶跃恢复二
极管为基础 ）
管为基础）
过 集 电结 的 电流 便 ” 雪崩 ” 式迅 速 增 长 ． 就是 晶体 管 这
电 模 Ｉ 源 块
优 后 输出 冲Ｖ 化 的 脉 ４
通 常 ． 晶体 三 极 管 的输 出特 性 分 为 四个 区域 ： 饱 和、 性 、 线 截止 与雪 崩 区。 当晶体管 的集 电极 电压很 高 时 。集 电结 的载流 子被 强 电场加速 ，从 而获 得很 大能 量． 他们 与晶格 碰撞 时产 生 了新 的电子一 空穴 对 ． 生 新
动 电路 。分析 了单 片机 控 制 雪崩 三极 管产 生脉 冲 的工 作原 理 ， 出了电路 的改进 形 式 ， 出了软件 编程和 提 指
硬 件 电 路 设 计 的 具 体 实 现 过 程 。 后 给 出 了测 试 结 果 和 结 论 。 最
【 键词 】 单 片机 ； 关 ： 高压 窄脉 冲 ； 雪崩 晶体 管 ；
ＭＣ ３ ８ ３ ８ ６是 Ｆ Ｅ Ｓ Ａ Ｅ公 司 的产 品 。ＭＣ ３ ８ 电源 电压增大 到某 一 电压值后 开始 减小 。这 是 由于 电 Ｒ ＥＣ Ｌ ３ ８６ 内部集成 了两个 半桥 驱 动 电路 ，而且 内部具 有短 路保 源 电压 在增大 到某 一 电压 值 时 ．晶体管 工作 在非 雪崩 之后 晶体管 工作 于雪 崩 区。在雪 崩 区工 作 ， 由于器 护 、欠压 保护 和过温保 护 等 ，最 大输 出电流 可 以达到 区 ． 件 内部 产生 了正反 馈 ． 以获得 前沿非 常 陡直 的脉冲 。 可 ５ Ａ。 当 电路工 作 在雪 崩状 态 时 ，为 了提高 雪 崩 电路 的 工作 频率 ． 必须减 小 电路恢 复时 间 ， 得雪 崩 电路 能够 使 触发 控 制 ． 具体 高 低 电平 输 出如表 １所 示 ，９ ５ 单 片 ８Ｃ １ 较快 的恢 复 。减 小恢 复时 间 ， 是减 小 电阻或 电容 ， 就 但 ＭＣ ３ ８ 芯 片 的 Ｉ １和 Ｉ ２端 由单 片 机 ８ Ｃ １ ３８６ Ｎ Ｎ ９ ５
１ ｌ ．弓 言
机 的调 制程 序可 用汇 编语 言或 Ｃ语言编 写 。
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表 １ ＭＣ ３ ８ ３ ８ ６输 入 与 输 出 的 关 系
． 冲 电源 而 ． 然 目前还 不能制 造 出 同时满 足脉 冲源 耐压 ２２脉冲整 形 电路 脉 冲整 形 电路 将 振荡 电路 所产 生 的方 波脉 冲转 换 条件及 开关 速度 要求 的脉 冲产生 器件
本 文 就基 于单片 机 的 可控 高速 高 压 电脉 冲发 生 器 为正 向高斯 触发 脉 冲 触 发 脉 冲的特性对 后级 所生 成 触发脉 冲越 窄 ． 率越 功 的设 计制 作 进 行 了软 件编 写 、 电路 设 计 、 验 与测 试 ， 的大 电流 短脉 冲有 着重要 影 响。 实 越有 益 于雪 崩 晶体管 的瞬 间导通 产 生 了亚纳秒 的极 窄脉 冲 。本方 案 结构 简单 、 积小 、 大 ． 体 成 本低 、 易于集 成等 优点 ， 合 于高 速短 距离 下 的超 宽 适 带无 线 系统和 高速半 导体 激光 器 的驱动 ２系统设 计与 实验 ． 本 文设 计的 总体方案 如 图 １ 示 ： 所
２１ ０ １年第 ４期
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（福 建省 科技 信 息研 究所 福 建 福 州 ３ ０ ０ ５ ０ ３）
【 摘 要 】 本 文介 绍 了一种 可 用 于半 导体激 光 器、 ： 高速 摄 影 、 号 处理 以及 激 光 雷达 的亚 纳秒脉 冲驱 信
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的雪崩 倍增 效应 各部分 结构 和工作 原理 如下 ： ２３１ ． 单个 晶体 管脉 冲发 生电路 ． ２１ 片机控 制 的方 波产 生 电路 ： ．单 在 不 同工 作 电压 下 。 晶体 管 的开关 特性 是 不 同 的。 本 装置 选用 的 中央处 理器 ． 片 内带 有 ４ 是 Ｋ字 节 闪 电容上 积 累的 电荷增 多 ， 输 速可 编 程 、可擦 除 只读 存 储 器 Ｐ Ｒ Ｍ 的 ８ Ｃ １ 片 随着 电源 电压 的逐 渐升 高 ． ＥＯ ９５ 单 下 脉 机 （ Ｕ） 该 产 品工 作 时 钟 最 高可 达 到 ２ ＭＨ 。 比 出脉 冲的幅度 增大 ； 降时 间 、 冲宽度 主要 是 由放 电 ＭＣ ４ ｚ 在 只是 ８５ ０ １系 列单 片机更 加 灵 活方 便 。 实 时 控 制 ． 时处 时 常数 决定 ． 电源 电压 增加 的 的过程 也在 增大 ， 使 实 变化 得 不 明显 。 于上 升时 间的变化 规律是 先增 大 ， 对 当 理 的功 能更 加 完善 ． 同时也 大 大的 简化 了硬件 配置 。
单 机 制 方 片 控 触发 波
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（ 以双极 性晶 体
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脉冲沿陡化电路 （ 以阶跃恢复二
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