4-21 低晃动高压纳秒级前沿的氢闸管脉冲源

郝晓敏 唐 丹 陈敏德 王 欣 曾文富 陈 静 张 扬

　　针对实验所需的幅度上万伏、具有纳秒级前沿、纳秒级晃动的高速高压脉冲，研究以氢闸流管作为主开关器件的高速高压脉冲源。

　　中关键的性能指标，即脉冲幅度上万伏、脉冲前沿小于10ns、晃动纳秒级，研究着重于氢闸管的高速高压脉冲源的工作原理，深入挖掘其性能参数，优化氢闸流管的工作特性。图1所示为高速高压脉冲源的原理框图。氢闸流管阳极电容C由高压电源充电。当驱动脉冲电路提供栅极G₁，G₂触发脉冲，氢闸流管迅速导通，电容C放电形成负脉冲。

　　驱动脉冲电路由新型大功率、高速场效应管开关构成，运用了脉冲整形和展宽、快脉冲放大、纳秒级高速高压大电流开关成形等多项技术。可产生两路幅度高达450V、前沿小于20ns、晃动皮秒级的脉冲。两路脉冲之间的精密延迟（一般大于250ns）则是巧妙利用单稳态实现。与常用电缆延迟法相比，不仅大大减小电路的体积质量，而且延迟精密可调。驱动脉冲加到氢闸流管的栅极前，先经过脉冲变压器倒相和幅度调整，这样也同时隔离氢闸流管导通瞬间对驱动电路的干扰。

　　阴极灯丝电压和储氢器电压对氢闸流管的工作特性有影响。理论和试验证明，提高灯丝电压和储氢器电压，等效于提高氢闸管内部气体密度，因而可以减小管内电流上升时间和能量散耗。然而，气体密度过大可能会导致氢闸管的自触发。试验中发现，阳极电压为10kV，阴极灯丝电压6.4V不变，提高储氢器灯丝电压至5.8V时，氢闸管开始自触发。

　　阳极端高频高压输出电路必须慎重处理，减小其中的电感因素，如用大面积镀银片或铜片接地，元件引线尽量短等等。试验中发现高压电容C的性能对输出脉冲性能影响较大，因而须选择耐压高、质量好的电容。

　　输出采用了电缆增幅，理论上可使输出幅度加倍，但时间特性有所下降。图2所示为阳极电压为8kV时，经电缆增幅得到的输出高压脉冲：幅度约10.8kV，前沿约7.5ns。高速高压脉冲源晃动很小，单次触发10次晃动低于1ns。