基于雪崩三极管的脉冲发生器设计

在中低频段探地雷达系统中,如何得到一个高幅度、窄脉宽的脉冲信号是系统的关键技术之一。而基于雪崩三极管特性的脉冲发生器设计,在中低频段探地雷达系统中得到普遍的运用。通过对雪崩效应工作原理的分析,利用电路仿真软件分析比较几种电路的优缺点,设计了一种基于雪崩三极管的两级Marx脉冲产生电路。可得到底宽3.3ns,峰-峰值70V左右的负脉冲。脉冲波形完整无失真、脉冲拖尾较小,电路设计简单、参数调节方便,应用范围广泛。     

基于雪崩三极管的高重频高压纳秒脉冲产生方法综述

激发大气压脉冲等离子体通常对施加脉冲的要求是k V级幅值、ns级前沿和宽度、k Hz级重复频率,尤其要求脉冲前沿和宽度尽量小,雪崩三极管脉冲产生电路非常适合于这样的要求。本文综述了基于雪崩三极管的脉冲产生方法。首先介绍了雪崩三极管的基本原理和研究概况,进而介绍了多管串联电路、多级Marx电路、多管并联电路以及脉冲截断电路四种典型电路结构的研究现状,分析了各电路的性能特点,并以多级Marx电路为例理论分析了影响输出脉冲幅值、前沿、后沿、脉宽、重复频率、效率和稳定性等参数的关键因素。最后介绍了多管串联Marx电路、多管并联Marx电路以及多路Marx并联电路三种组合型脉冲产生电路的研究进展,并对基本原理进行了分析。     

适用于探地雷达应用的低过冲平衡脉冲发生器

设计了一种新型的超宽带ns级低过冲平衡脉冲发生器.该脉冲发生器包含驱动电路、雪崩三极管脉冲电路和脉冲整形电路3部分,驱动电路用以锐化触发脉冲;雪崩三极管脉冲电路采用独特的晶体管级联结构产生大幅度的高斯脉冲;脉冲整形电路利用并联端接电阻网络和肖特基二极管减小信号反射,最后使用巴仑产生平衡的高斯脉冲,该电路最高可以在300 KV脉冲重复频率下正常工作.测量结果表明,在100 KV脉冲重频时该脉冲发生器可以输出一对峰峰值为230 V、前沿为1.3 ns的平衡脉冲,并有着极小的振铃和过冲.这些特征说明,该脉冲发生器在探地雷达应用中有着更深探测距离和更快数据处理速度的优势.     

一种纳秒级脉冲源的仿真及研制

对一种以射频三极管为主要元件的脉冲产生电路进行了计算和试验研究,研制了用于模拟PD信号试验的放电源,设计了储能电容为10pF和20pF的两种脉冲电路,讨论了放电源中主要器件雪崩三极管的雪崩效应理论,推导出三极管雪崩过程的简化模型,用电路仿真软件Pspice仿真分析该电路中储能电容和电源电压对脉冲波形的影响。详细讨论了实际制作过程中的注意事项和元器件的选择方法。实测储能电容为10pF和20pF的PD源脉宽分别为980ps和1180ps,幅值分别为8.9V和11.6V。结果表明,理论和仿真分析的结论一致。     

GIS局部放电模拟用亚纳秒脉冲发生器研究

GIS内部的局部放电脉冲前沿一般在1 ns以内,文中研究脉冲前沿在1 ns以内的快前沿脉冲发生电路,可以在实验中模拟局部放电信号,用于需要局部放电信号的实验中。文中利用晶体三极管的雪崩效应,三极管的雪崩工作时产生的脉冲信号幅值较高,前沿时间较短,可以达到前沿在1 ns之内的要求。选择BFP450型雪崩三极管,制作电路板测量脉冲信号,可以得到特高频脉冲电压信号,可以通过特高频天线进行传输。通过文中设计的脉冲产生电路,可以得到幅值4 V左右,重复频率20 kHz以内,前沿时间1 ns以内的快前沿脉冲信号。     

高稳定度全固态脉冲源的优化设计与评估

为了给电子设备的电磁脉冲环境效应研究提供稳定度高和重复性好的电磁脉冲源,基于雪崩三极管的雪崩效应,采用10级Marx电路结构研制出了一种高稳定度电磁脉冲源。首先对影响脉冲源稳定性的首要因素—三极管的选择作了详细阐述,然后分析了整个脉冲源的稳定性,并给出了相应的优化措施以提高其稳定性,最后提出了脉冲源波形稳定性的评估方法。结果表明,所研制脉冲源的输出负脉冲前沿3 ns,全底脉宽约为10 ns,峰值电压约为1.5 k V,峰值电压、前沿和脉宽的变异系数均5%,验证了输出脉冲的高重复性,表明其可以满足电子设备的电磁脉冲敏感度试验的高稳定度要求。     

毫微秒脉冲展宽器

在数字电路中,常用单稳电路进行脉冲宽度变换。适当选取单稳电路的时间常数,可获得宽度远大于输入脉冲宽度的输出脉冲。但用这种电路所获得的展宽脉冲,其幅度与输入脉冲幅度无关。若要使输出幅度与输入幅度成比例,一般采用图1所示的由二极管和电容器构成的脉冲展宽电路。图1(a)适用于输入脉冲为正极性情形,图1(b)适用于输入脉冲为负极性情形。当输入脉冲到来时,二极管D导通,输入电流经二极管正向电阻R对电容C充电;输人消失后,二极管D成反向偏置。由于     

小型纳秒级方波脉冲电源的研制

采用飞行时间法测量原子氧束能谱时,要求离化源为纳秒级脉宽、能量均匀的脉冲电子束,以尽量降低离子收集器附近产生的等离子体鞘层电位对原子氧束能谱测量精度的影响。针对上述脉冲电子束的性能要求,研制了一款基于雪崩三极管Marx电路的小型方波脉冲源。首先介绍了雪崩三极管的工作特性、Marx电路的升压原理以及元器件的选取方法;然后结合脉冲形成线电压波反射原理,建立了同轴线缆充电时的电路方程;分析了方波脉冲成形机理和传输线阻抗对输出脉冲波形的影响,将同轴电缆传输线等效为分布式电感电容模拟网络,搭建了同轴电缆传输线仿真模型;设计制作了具体电路,在各级模拟网络充放电特性仿真结果的指导下,针对性地对同轴电缆传输线的姿态进行微调,改善了输出波形。实际电路产生了幅值±200～300 V、频率1～10 kHz可调、双快边沿纳秒方波脉冲。     

雪崩电路及其应用

本文讨论雪崩晶体三极管的雪崩过渡过程。采用微分方程推导出雪崩晶体三极管的雪崩过渡过程的一般公式。找出过渡过程的动态电源,以及雪崩过程中工作点在静态特性曲线中的移动路径。本文中也阐述了雪崩晶体三极管的一般特性、工程筛选的一般方法等。文中的最后给出了雪崩实用电路举例。     

亚纳秒矩形脉冲发生器

本文着重讨论用雪崩晶体管延迟线脉冲发生器产生具有快前沿、低过冲和平坦顶部的大幅度矩形脉冲的方法。在对基本电路研究的基础上,提出了两个改进的雪崩管延迟线脉冲发生器电路。其中之一,通过雪崩管与阶跃二阶管的组合运用,可以产生宽度连续可调、上升和下降时间各约300Ps的亚纳秒矩形脉冲;另一个电路,通过两个普通硅外延平面开关晶体管在雪崩区的串联运用,很容易得到输出脉冲幅度大于60V、上升时间短于ins的大幅度近似阶跃脉冲。最后,还介绍了上述高速矩形脉冲源的可能应用。     

Design and Simulation of Solid State Pulser with Fast Rise Time and Double-exponential Waveform

Voltage pulses with fast rise time can be obtained from Marx circuits based on avalanche transistors. In this research, the ZETEX avalanche transistors are used as the switches in a Marx circuit to generate stable voltage pulses with double-exponential waveform and fast rise time. By using these transistors, the circuit is able to generate higher pulsed voltage with fewer stages. A three stages and a ten stages Marx circuit, as well as their triggering circuits, are designed. The two Marx circuits are also tested by simulations based on the Pspice code and by experiments, results of which are consistent with each other. With the ten stages Marx circuit, we obtain positive and negative pulses with the rise time of about 1.5 ns, the amplitude above 1 100 V, and the pulse width below 5 ns. It is proved that the proposed Marx circuit equipped with avalanche transistors could be an effective kind of solid-state pulse generator.     

采用雪崩晶体管产生窄脉冲

文中详细介绍了雪崩晶体管的工作原理，介绍和分析了一些可用于单脉冲选取、高速摄影控制、探地雷达以及固态脉冲源的典型电路，并给出这些脉冲电路的测试结果。     

基于模块化Marx电路和传输线变压器的重频纳秒脉冲源设计

重频纳秒脉冲激励的大气压等离子体放电具有反应活性高等优点。设计了基于模块化雪崩三极管Marx电路和传输线变压器的重频纳秒脉冲源。计算不同Marx模块的导通时延和输出波形的抖动,研究了磁心数量、位置和形状对于输出波形的影响。磁心电感越大、外径与内径之比越大,且位于传输线变压器第一级和最高一级时对脉冲叠加效率的提升作用越明显。提出直接叠加和传输线变压器两种脉冲叠加方式组合的方法,进一步提高输出电压。整体脉冲源可以在50~300Ω负载产生2~14k V,高阻负载产生4~25k V,前沿3.8ns,脉宽7~15ns,重复频率0~10k Hz的重频纳秒脉冲电压,装置结构紧凑,参数调节灵活,方便携带。     

基于Marx电路的全固态纳秒脉冲等离子体射流装置的研制

研制一套具有快边沿纳秒脉冲等离子体射流装置。该装置由基于Marx电路的并带有尾切开关的全固态纳秒脉冲发生器和具有针环电极结构的等离子体射流装置组成。其中,纳秒脉冲源主要由直流电源、控制电路和主电路组成,主电路为10级模块化设计的Marx电路,使用MOSFET作为主开关和尾切开关;控制电路产生同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后同步驱动MOSFET工作。输出纳秒脉冲电压参数为:幅值0~8k V可调,脉宽100~1 000ns,重复频率1Hz~1k Hz,上升沿30ns左右,下降沿50ns以内。等离子体射流装置使用氩气作为工作气体,其结构为针-环电极结构。搭建等离子体射流实验平台,并能够产生稳定的等离子体,为进一步探索大气压等离子射流的应用奠定了基础。     

ns脉冲电场发生器的研制及应用

为了研究ns脉冲电场诱导肿瘤细胞的凋亡效应,结合开关电源技术和脉冲功率技术,研制了一套多参数大范围独立可调的ns脉冲电场发生器。该发生器由高压直流电源、脉冲形成电路和辅助电路3部分组成,输出的脉冲幅值0～1.2kV内连续可调,重复频率1Hz～10kHz内连续可调,脉冲宽度分100、200、600和1000ns4级可调,脉冲个数可以任意预置,上升时间<30ns,并具有显示和保护功能。实验室调试和医学细胞实验结果表明,该发生器调节方便、性能稳定,能够有效诱导人肝癌细胞凋亡,为ns脉冲电场诱导肿瘤细胞凋亡的机理和阈值参数选择规律的深入研究奠定了基础。     

基于PSD的晶闸管触发脉冲产生电路设计

设计了一种基于可编程系统器件PSD501的触发脉冲产生电路,充分利用PSD501内部的定时器/ 计数器以及PLD逻辑单元来产生三相整流电路所需的六路双窄触发脉冲。该电路硬件电路简单可靠,设计灵活,可通过简单修改内部逻辑实现小型励磁系统单相整流电路所需的触发脉冲序列。本电路已在工程实际中得到成功应用。     

基于PIC16F887的垂直轴风电控制装置

针对风力发电机输出电压变化不定问题,设计一种基于PIC16F887的风力发电机电压控制装置。该装置的主电路包括:EMI滤波器滤波电路,二极管和RC组成的整流滤波电路,绝缘栅双极晶体管IGBT作为开关功率管的Zeta斩波电路,以及后续处理的电路。控制电路包括单片机、转速采集模块、电压采集模块、显示模块、驱动模块。该控制装置主要用于同轴型直驱式永磁风力发电机的电压控制,当风力大小变化时通过PIC16F887单片机生成PWM来改变IGBT的占空比,调节风力发电机的输出电压,使得电压保持某一特定值不变。     

电力电子设备通用脉冲发生专用集成电路

提出一款基于大规模可编程逻辑器件设计的具有多种功能的电力电子设备通用脉冲发生专用集成电路（ASIC）。基于0.1°精度的相位控制，该ASIC既可以产生起始相角和脉冲宽度可调的单脉冲触发信号，也可以依据脉冲数据发出脉宽调制（PWM）脉冲序列。借助一个PWM脉冲数据计算模块，该ASIC可以自行产生脉冲数据并输出PWM脉冲。同时，该ASIC的锁相功能可以满足同步脉冲发生的需要。该ASIC还具有灵活的脉冲调理、多样的控制方式、直观的状态监视、高效的数据访问管理等特点。该ASIC和基于它设计的电力电子通用脉冲发生装置，可以解决多种电力电子应用中的脉冲发生问题，便于实现控制装置的数字化和集成化。