📄 ——一种超宽脉冲发生器的设计.htm
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<SPAN class=main1>（4）</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">式（3）和式（4）表明雪崩状态下，动态负载线是可变的。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">雪崩管在雪崩区形成负阻特性，负阻区处于Bvceo与Bvcbo之间，当电流再继续加大时，则会出现二次击穿现象，如图2所示。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">图2中，电阻负载线I贯穿了两个负阻区。若加以适当的推动，工作点a会通过负阻区交点b到达c，由于雪崩管的推动能力相当强，c点通常不能被封锁，因而通过第二负阻区交点d而推向e点。工作点从a到e一共经过两个负阻区，即电压或电流信号经过两次正反馈的加速。因此，所获得的信号其电压或电流的幅度上当大，其速度也相当快。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">当负载很陡时，如图2中负载线II所示，它没有与二次击穿曲线相交而直接推而饱和区，这时就不会获得二次负阻区的加速。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">本文介绍的超宽带UWB极窄脉冲发生器即是利用雪崩管的二次负阻区加速作用，来达到产生极窄脉冲的目的。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 0px"><B>2 UWB脉冲产生电路及分析</B></P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">2.1 电路原理图<IMG height=262 hspace=1
src="——一种超宽脉冲发生器的设计.files/20f.gif" width=451 align=right vspace=1
border=0></P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">UWB发射机系统的简化框图如图3所示，系统的信息调制采用PPM调制。本文主要讨论UWB脉冲产生电路的设计，电路原理图如图4所示。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">2.2 电路分析</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">当触发脉冲尚未到达时，雪崩管截止，电容C2、C4在Vcc的作用下分别通过电阻R1、R和R2、R3充电。电容C通过Rc充电（充电后其电压近似等于电源电压Vcc）。当一个足够大的触发脉冲到来后，使晶体管工作点运动到不稳定的雪崩负阻区，Q1雪骨击穿，产生快速增大的雪崩电流，导致电容C经由晶体管Q1快速放电，从而在负载电阻R上形成一个窄脉冲。由于雪崩电流很大，因此获得的窄脉冲有较高的峰值；又由于电容C储存的电荷很有限（一般电容量只有几皮法至几百皮法），因此脉冲宽度也有限。也就是说，当开始雪崩以后，由于晶体管本身以及电路分布参数的影响，使得雪崩电流即电容C的放电电流只能逐渐增大；而到达某一峰值后，又出于电容C上电荷的减少使得放电电流逐渐减小。前者形成了脉冲的前沿，而后者形成了脉冲的后沿。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">Q1雪崩击穿后，电容C放电注入负载R。这人电压经过电容C2，导致Q2过压并且雪崩击穿。同理Q3也依次快速雪崩击穿。由于雪崩过程极为迅速，因此这种依次雪崩的过程还是相当快的，从宏观上可以把它看作是同时触发的。因此，在负载上就可以得到一个上升时间非常短的UWB极窄脉冲。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">2.3 元件参数选择</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">雪崩晶体管电路中应选择的电路参数主要为雪崩晶体管Vcc、C、Rc及加速电容等。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">①雪崩晶体管：雪崩晶体管的选择依据主要是雪崩管的输出振幅及边沿应满足要求。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">②偏置电压Vcc:必须适当选择偏置电压Vcc，使雪崩晶体管能够发生雪崩效应，同时还应当满足Vcc≤Bvcbo。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">③雪崩电压：雪崩电容C不应选择太大，C太大，输出脉冲宽度加宽，电路恢复期太长；但也不能太小，C太小，输出脉冲振幅减小，而且影响电容分布。通常取为几皮法到几十皮法。一般应选用瓷片电容或云母电容。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">在一定范围内，电容C值越小，脉冲宽度也越小，但幅度也会变得越小。这个结果由仿真和实验均得到验证如表1所示。<BR><BR><B>表1
实验结果</B></P>
<TABLE height=64 borderColorDark=#ffffff width="100%"
borderColorLight=#000000 border=1>
<TBODY>
<TR class=main>
<TD width="34%" height=12>电容C（pF）</TD>
<TD align=middle width="23%" height=12>10</TD>
<TD align=middle width="23%" height=12>5.6</TD>
<TD align=middle width="20%" height=12>3</TD></TR>
<TR class=main>
<TD width="34%" height=10>输出脉冲电压振幅Um(V)</TD>
<TD align=middle width="23%" height=10>6.8</TD>
<TD align=middle width="23%" height=10>3.6</TD>
<TD align=middle width="20%" height=10>1.2</TD></TR>
<TR class=main>
<TD width="34%" height=24>A点处输出脉冲宽度（ns）</TD>
<TD align=middle width="23%" height=24>4.1</TD>
<TD align=middle width="23%" height=24>3.4</TD>
<TD align=middle width="20%"
height=24>2.43</TD></TR></TBODY></TABLE>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">当电容C值小于3皮法时，由于其他寄存参数的影响，宽度的减小已不明显。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">④集电极电阻Rc：集电极电阻Rc应保证雪崩电路能够在静止期内恢复完毕，即（3～5）（Rc+RL）C≤Ts，式中Ts为触发脉冲重复周期。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">通常Rc选为几千欧姆到几十千欧姆。若取Rc=5k<FONT
face=Arial>Ω</FONT>、C=50pF，则Ts≈1<FONT
face=Arial>μs</FONT>，触发脉冲重复频率应小于100kHz。Rc不能选得太小，否则雪崩晶体管可能长时间处于导通状态，导致温度过度而烧坏。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">⑤加速电容：电路中C3、C5为加速电容，它们的主要作用是帮助加速基带脉冲，减少脉冲的延迟时间和上升时间。<BR><BR><B><A
href="http://www.21ic.com/info/images/aet/200307/20g.gif">图4
UWB脉冲产生电路</A></B><BR><BR></SPAN> <SPAN
class=main1>另外，电路还采用了雪崩管极联的设计，原理上可以看作是一个Marx发生器。这样可以增加所产生脉冲的幅度，同时还可以使脉冲的宽度变得更窄。首先，通可雪崩管的级联，使加在各级雪崩管集电极的电压递增（每级的增量约为Vcc）。而集电极电压的增大可以使雪崩管的导通内阻减小，从而缩短脉冲的上升时间tr。其次，基极注入电流Ib会随之增大，tr也将减小。另外，雪崩管的级联结构还可以相当于对各级的输出脉冲进行了乘积，这样也会使脉冲的上升时间tr得到进一步的减小。这里关键是解决雪崩管触发的同时性问题，由于脉冲很宽，这一眯就尤为突出。如果雪崩管不能很好地同时触发，反而会增加输出脉冲的宽度。为了获得同时触发，就必须要尽量选用触发参数相同的雪崩管。如果有的雪崩管触发参数不同，则需要调整电路中的元件参数，使其同时触发。实验中A、B、C各点输出脉冲的宽度分别为：2.43ns、1.76ns、1.22ns；上升时间分别为1.2ns、1.12ns、863ps。与理论分析所得结论相符。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">2.4 实验结果</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">实验中采用两级级联结构，最后得到输出脉冲波形，如图5所示。<BR><IMG
height=394 hspace=10 src="——一种超宽脉冲发生器的设计.files/20h.gif" width=520
vspace=10 border=0><BR></SPAN> <SPAN
class=main1>从图5中可以看到输出脉冲的幅度约为1.2V，宽度约为1.22ns（半宽度），上升时间约为863ps。采用的雪崩三极管为3DB2B型（tr≤2ns）。触发脉冲的周期为1<FONT
face=Arial>μs,</FONT>占空比为50%。该波形是用Agilent公司的Infiniium
60MHz示波器测得的。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">笔者采用雪崩管级联的方法，成功地完成了一种超宽带（UWB）脉冲产生电路的设计，最后得到的输出脉其宽度和上升时间均较好地符合了要求。今后的工作将致力于提高输出脉冲的幅度，进一步减小脉冲的宽度和上升时间。
</SPAN></P>
<P></P></DIV></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle height=15>
<TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 align=center border=0>
<TBODY>
<TR>
<TD>
<DIV></DIV></TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR>
<TR>
<TD align=right height=2>
<TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="80%" border=0>
<TBODY>
<TR>
<TD width=75>【<A href="javascript:doPrint();">打印本稿</A>】</TD>
<TD width=8></TD>
<TD width=75>
<P>【<A
href="http://www.21ic.com/new_info/news/review.asp?title=一种超宽脉冲发生器的设计target="
_blank?>发表评论</A>】</P></TD>
<TD width=10></TD>
<TD width=79>【<A
href="http://www.21ic.com/new_info/news/sendmail.asp?num=一种超宽脉冲发生器的设计">推荐</A>】</TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR>
<TR>
<TD align=right height=2></TD></TR>
<TR>
<TD align=right height=2><A href="javascript:window.close();"><IMG
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color=#ffffff>－－－－</FONT></TD></TR></TBODY></TABLE><BR><BR>
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<TR>
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<TR>
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