一种基于前级预触发的高重频快脉冲产生电路及方法技术

本发明专利技术公开一种基于前级预触发的高重频快脉冲产生电路及方法，脉冲产生电路包括若干级充电电容组成的Marx电路，各级充电电容间设有功率开关，每级充电电容的回路上设有两组隔离电阻与隔离磁珠，首级为外触发级，功率开关通过外部输入脉冲经触发电路陡化后控制，前级电路为预触发级，中间级为集电极过电压导通级，末级为负载单元。该脉冲产生电路可有效降低前级雪崩三极管的发热现象，提升脉冲源重频上限。上限。上限。

【技术实现步骤摘要】
一种基于前级预触发的高重频快脉冲产生电路及方法


[0001]本专利技术属于脉冲发生电路领域，具体涉及一种基于前级预触发的高重频快脉冲产生电路及方法。

技术介绍

[0002]超宽带电磁环境具有频谱范围宽、脉冲上升时间和持续时间短等特性，在有意电磁干扰研究中，超宽带电磁脉冲易耦合至电子设备，高重频条件下不仅干扰发生概率增大，且通过能量累积可能引起更显著的干扰甚至损伤效应。超宽带电磁辐射源主要由亚纳秒脉冲源、超宽带辐射天线和相关配套设备组成，可向自由空间辐射产生超宽带电磁脉冲，并用于模拟超宽带电磁辐射环境。高重频亚纳秒脉冲源是其核心部件之一，通过功率开关器件对能量进行压缩，产生快前沿、短脉宽、高幅值、高重频脉冲，通过功率合成后由超宽带天线进行辐射。
[0003]目前用于超宽带辐射系统的脉冲功率源主要采用雪崩三极管(avalanche bipolar junction transistor，简称ABJT)作为功率开关器件。雪崩三极管具有开关速度快、击穿电压高、通流能力强、导通电阻低等特点，在脉冲功率领域作为开关器件使用时利用其雪崩效应可产生高压短脉冲，脉冲前沿可达百皮秒量级。
[0004]Marx电路，也称Marx发生器，是脉冲功率技术中常用的脉冲产生电路用于产生快前沿、高幅值的电脉冲。其基本原理如下：在外部触发信号到来前，雪崩管维持截止状态，通过电阻及电感构成的隔离回路对各级并联电容进行充电，当充电完成后，外部施加触发信号于首级雪崩管，首级雪崩管导通后首级充电电容开始放电形成过电压，第二级雪崩管在该过电压下导通第二级充电电容开始放电，进而形成更高幅值的过电压，依此类推直至最后一级雪崩管导通，在负载上形成高幅值亚纳秒脉冲。对于超宽带辐射系统的脉冲功率源通常要求脉宽在1ns左右，采用欠电荷充电法进行实现。其特点是通过大幅减小级间电容值，使得级间电容储存的电荷仅能维持到下一级或几级雪崩管导通，因此是一种自行截止、弱反射的工作方式；但欠电荷充电法由于级间电容储存电荷降低，导致前级雪崩三极管导通后引起的过电压幅值及陡度不足，前级雪崩三极管导通速度也因此降低，在脉冲形成过程中呈现慢导通状态，其动态电阻增加导致发热增加，尤其在高重频输出模式下发热严重，是限制脉冲源重频提升的重要因素。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于前级预触发的高幅值高重频亚纳秒脉冲产生电路及方法，该脉冲产生电路可有效降低前级雪崩三极管的发热现象，提升脉冲源重频上限。
[0006]本专利技术的具体技术方案如下：
[0007]一种基于前级预触发的高重频快脉冲产生电路，包括若干级充电电容组成的Marx电路，各级充电电容间设有功率开关，每级充电电容的回路上设有两组隔离电阻与隔离磁
珠，首级为外触发级，功率开关通过外部输入脉冲经触发电路陡化后控制，前级电路为预触发级，中间级为集电极过电压导通级，末级为负载单元。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述Marx电路首端设置与负载单元等值的电阻，末端设置峰化电容。
[0009]功率开关采用型号为FMMT417型的雪崩三极管。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述外触发级包括直流电源U
C
、保护电阻R
c
、隔离电阻R
g
、隔离磁珠Z
bead
、一个雪崩三极管T、防反射电阻R
fl
、外触发电容C
t
、外触发电阻R
t
、充电电容C；直流电源U
C
先经保护电阻串联R
c
后与隔离电阻R
g
和隔离磁珠Z
bead
串联，连接于雪崩三极管的集电极c随后通过雪崩三极管的发射极e与隔离电阻R
g
和隔离磁珠Z
bead
串联回到地；外触发级包含外触发电路，外触发信号输入端与外触发电容C
t
、外触发电阻R
t
串联，其中外触发电阻R
t
跨接于雪崩三极管的基极b和发射极e；外触发级通过雪崩三极管的集电极c与下一级相连。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述预触发级包括雪崩三极管T、直流电源U
C
、保护电阻R
c
、隔离电阻R
g
、隔离磁珠Z
bead
、一个雪崩三极管T、充电电容C、预触发电容C
d
、预触发电阻R
d
；在预触发级中，直流电源先经保护电阻串联R
c
后与隔离电阻R
g
和隔离磁珠Z
bead
串联，连接于雪崩三极管的集电极c，随后通过雪崩三极管的发射机e与隔离电阻R
g
和隔离磁珠Z
bead
串联回到地，同时预触发级包含外触发电路，预触发电阻R
d
并联于雪崩三极管的基极b和射极e之间，预触发电容C
d
串联于雪崩三极管基极b和地之间；预触发级通过充电电容C与上一级相连，通过雪崩三极管的集电极c与下一级相连。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述集电极过电压导通级包括直流电源U
C
、保护电阻R
c
、隔离电阻R
g
、隔离磁珠Z
bead
、两个雪崩三极管T、充电电容C，在集电极过电压导通级中直流电源先经保护电阻串联R
c
后与隔离电阻R
g
和隔离磁珠Z
bead
串联，连接于雪崩三极管的集电极c，随后通过雪崩三极管的发射机e与隔离电阻R
g
和隔离磁珠Z
bead
串联回到地，两个雪崩管的基极b和射极e短接后一同与充电电容相连，两个雪崩三极管的集电极c短接；集电极过电压导通级通过充电电容C与上一级相连，通过雪崩三极管的集电极c与下一级相连。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述负载单元包括直流电源U
C
、保护电阻R
c
、隔离电阻R
g
、隔离磁珠Z
bead
、峰化电容C
p
、外接负载等值电阻R
l
；在负载单元中直流电源先经保护电阻串联R
c
后与隔离电阻R
g
、隔离磁珠Z
bead
、峰化电容C
p
、外接负载R
l
串联，最终回到地；负载单元通过峰化电容与上一级相连。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述隔离磁珠Z
bead
选用型号为963
‑
FBMH4516HM851NT，其直流等效最大阻值为100mΩ。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述Marx电路的第2～6级采用预触发级，第2～6级预触发电容容值分别为36pF、27pF、20pF、1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于前级预触发的高重频快脉冲产生电路，其特征在于，包括若干级充电电容组成的Marx电路，各级充电电容间设有功率开关，每级充电电容的回路上设有两组隔离电阻与隔离磁珠，首级为外触发级，功率开关通过外部输入脉冲经触发电路陡化后控制，前级电路为预触发级，中间级为集电极过电压导通级，末级为负载单元。2.根据权利要求1所述的基于前级预触发的高重频快脉冲产生电路，其特征在于，所述Marx电路首端设置与负载单元等值的电阻，末端设置峰化电容。3.根据权利要求1所述的基于前级预触发的高重频快脉冲产生电路，其特征在于，功率开关采用型号为FMMT417型的雪崩三极管。4.根据权利要求1所述的基于前级预触发的高重频快脉冲产生电路，其特征在于，所述外触发级包括直流电源U
C
、保护电阻R
c
、隔离电阻R
g
、隔离磁珠Z
bead
、一个雪崩三极管T、防反射电阻R
fl
、外触发电容C
t
、外触发电阻R
t
、充电电容C；直流电源U
C
先经保护电阻串联R
c
后与隔离电阻R
g
和隔离磁珠Z
bead
串联，连接于雪崩三极管的集电极c随后通过雪崩三极管的发射极e与隔离电阻R
g
和隔离磁珠Z
bead
串联回到地；外触发级包含外触发电路，外触发信号输入端与外触发电容C
t
、外触发电阻R
t
串联，其中外触发电阻R
t
跨接于雪崩三极管的基极b和发射极e；外触发级通过雪崩三极管的集电极c与下一级相连。5.根据权利要求1所述的基于前级预触发的高重频快脉冲产生电路，其特征在于，所述预触发级包括雪崩三极管T、直流电源U
C
、保护电阻R
c
、隔离电阻R
g
、隔离磁珠Z
bead
、一个雪崩三极管T、充电电容C、预触发电容C
d
、预触发电阻R
d
；在预触发级中，直流电源先经保护电阻串联R
c
后与隔离电阻R
g
和隔离磁珠Z
bead
串联，连接于雪崩三极管的集电极c，随后通过雪崩三极管的发射机e与隔离电阻R
g
和隔离磁珠Z
bead
串联回到地，同时预触发级包含外触发电路，预触发电阻R
d
并联于雪崩三极管的基极b和射极e之间，预触发电容C
d
串联于雪崩三极管基极b和地之间；预触发级通过充电电容C与上一级相连，通过雪崩三极管的集电极c与下一级相连。6.根据权利要求1所述的基于前级预触发的高重频快脉冲产生电路，其特征在于，所述集电极过电压导通级包括直流电源U
C
、保护电阻R
c
、隔离电阻R
g
、隔离磁珠Z
bead
、两个雪崩三极管T、充电电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：田爽，张岚琦，谢彦召，仇杨鑫，
申请(专利权)人：西安交通大学华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：