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4-17 场效应管高压纳秒脉冲源技术王 欣 唐 丹 陈敏德 郝晓敏高压、纳秒级上升沿、脉冲宽度在几百纳秒、低触发晃动的脉冲源技术在许多科学研究领域都有广泛的应用。根据需求我们采用高压场效应管研制出输出脉冲幅度大于 500V、纳秒量级前沿、纳秒量级时间晃动、脉冲宽度大于100ns的快脉冲源并对提高脉冲源输出指标的技术途径进行了仿真研究。高压脉冲源系统框图如图1所示。主要包括：触发脉冲成形与展宽电路、脉冲快沿放大电路、场效应管高压脉冲产生电路、脉冲变压器倒相放大电路等几个部分。为达到输出技术指标，我们采用NEC公司的高压场管2SK3306，其最高漏源电压500V，最大输出脉冲电流30A，见图2中V1。
触发脉冲成形与脉宽展宽电路主要由反向器和双单稳态触发器组成。触发脉冲为脉宽100ns，前沿小于10ns，脉冲幅度为50V的正脉冲信号，经衰减匹配及微分网络后变成微分信号。通过两个反向器后输入微分脉冲成型为前沿小于3ns的快脉冲信号。由于输入脉宽仅为100ns，为产生宽脉冲信号，必须对输入脉宽展宽。在实际电路设计中采用双单稳态触发器74HC123及外围电路来实现该功能。74HC123为双可重复触发的单稳态，其输出脉冲的宽度主要取决于定时电阻R与定时电容C，脉宽的计算为电容值与电阻值的乘积即：WP=R´C，在实际设计中R=5kW，C=80pF，输出脉宽为400ns、幅度约5V。脉冲快沿放大与射极跟随输出电路，主要作用是对整形与展宽后的触发脉冲进行加速和放大，以便得到有较高幅度和较快上升沿的脉冲信号去触发场效应管2SC3306。
在电路中采用有高共模抑制比的脉冲放大器，以及较大电流输出的射极跟随器设计，并选用有较宽频带和较大电流的射频三极管2SC3358(其频带宽为6500MHz，集电极电流Ic为100mA，最大输出功率为250mW)来满足这一要求。场效应管高压脉冲产生电路如图2所示。静态时场效应管处于截至状态，漏、栅源极漏电流很小，当触发脉冲到来时场效应管迅速导通。场效应管输出幅度大于200V，前沿约10ns。该脉冲输入后级的高速高压倒向脉冲变压器后，经7比17变压后，输出幅度约500V，前沿小于20ns，脉宽大于100ns，经测试晃动小于等于3ns，输出峰值电流约10A，达到技术指标的要求。为提高技术指标，根据场效应管高压脉冲产生电路的原理以及 2SK-3306高压场效应管的交流触发输入技术指标，采用ORCAD9.2仿真软件对该场效应管高压脉冲产生电路进行了仿真研究。从仿真结果可看出，输入脉冲越快，幅度越高，前沿越快，脉冲源输出脉冲前沿就越快。 |
