[發明專利]一種納秒陡脈沖小型發生器

在審

• 申請號: 201710097591.2
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106803751A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 劉鵬;李丁;馮驊;張宏亮;張絲鈺;趙福平
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H03K3/53
• 分類號: H03K3/53
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及一種脈沖發生裝置，具體涉及一種納秒陡脈沖小型發生器。

背景技術

電聲脈沖法廣泛應用于聚合物材料中空間電荷、介質老化、瞬態擊穿等問題的研究，缺少高性能的脈沖發生器是限制目前測量技術進步的主要阻礙。作為電聲脈沖法測量聚合物材料特性的核心組件，脈沖發生器必須產生高重復頻率、幾納秒脈沖級別的陡脈沖才能實現高速、靈敏、精確的測量。提高脈沖發生器性能一直是電聲脈沖法的研究熱點和難點，主要因素在于高的重復頻率會導致高耗散功率，電路布局、封裝屏蔽技術對脈沖的幅值、脈寬、波形影響甚大，目前現有的脈沖發生器很難達到這樣的技術目標。

為了實現脈沖發生器產生高頻率、納秒陡脈沖的目標，國內外學者采用微分電路、峰化電路、脈沖形成線等技術實現窄脈沖的發生，其中脈沖形成線技術形成的方波較微分電路、峰化電路更為方整，其中又以Blumlein傳輸線的使用最為廣泛。

在現階段，已經有用于產生如此高頻率、納秒陡脈沖的工業級脈沖發生器模塊，但是此類模塊在使用過程中必須輔以高壓直流源、5V直流偏置電源以及相配套的電阻、電容。更為制約的是，該模塊發熱受外接電阻、電容、雜散電阻、雜散電容以及封裝屏蔽技術的影響尤為明顯，若是電阻、電容選擇不當，電路布局不夠優良，不僅不能將該模塊的性能全部展現出，還極易由于發熱功率太大、散熱不足造成模塊損壞。為實現方便使用電聲脈沖法測量聚合物絕緣材料性質，迫切需要研制一種成套的高性能、高重復頻率、納秒陡脈沖發生器。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術中的問題，提供一種納秒陡脈沖小型發生器，該發生器集成多個模塊，并且運行穩定可靠，具有較高的重復頻率，能夠實現裝置小型化。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

包括設置于同一個盒體內的整流模塊、斬波模塊、固態開關、直流偏置模塊、脈沖信號發生器以及散熱模塊；所述盒體的內部空間通過屏蔽板分隔為三個區域，且用于形成固態開關所需高壓直流電源的整流模塊和斬波模塊位于第一區域，所述的固態開關單獨位于第二區域，直流偏置模塊、脈沖信號發生器以及散熱模塊位于第三區域；所述的整流模塊和斬波模塊串聯后經過限流電阻連接固態開關，固態開關并聯有作為儲能單元的儲能電容；脈沖信號發生器接地并聯防止信號在始端反射的匹配電阻，直流偏置模塊接地并聯用于減小電壓脈動的匹配電容；固態開關的輸出端通過同軸電纜連接負載電阻及負載電容，并輸出脈沖。

所述的散熱模塊包括吸氣式散熱器以及水冷散熱器。

所述固態開關的輸出端連接用于抑制噪聲的降噪電阻和降噪電容。

所述的限流電阻采用1～10K歐姆的金屬膜電阻，匹配電阻采用50歐姆的金屬膜電阻，匹配電容采用10uF的電解電容，降噪電阻采用0～50歐姆的金屬膜電阻，降噪電容采用0～100pF的陶瓷電容，儲能電容采用22nF的陶瓷電容，負載電阻采用50歐姆的金屬膜電阻，負載電容采用40pF的陶瓷電容，同軸電纜的特征阻抗為50歐姆。

所述的固態開關外接用于緩和輸出電壓的第一附加電容和第二附加電容。

所述整流模塊輸入220V的交流電，輸出24V的直流電；斬波模塊輸入24V的直流電，輸出8000V的直流電。所述脈沖信號發生器采用工作電壓為5V-10V、驅動電流為1.0A、占空比調節范圍為5％-95％、頻率范圍為200Hz-3000Hz的N555觸發模塊；直流偏置模塊的輸入電壓為24V，輸出電壓為5V。所述固態開關的設計參數為：8000V直流輸入電壓，3V-6V觸發電信號，5V直流偏置電壓，輸出為5ns窄脈沖。

所述的固態開關采用德國BEHLKE公司生產的HTS-50-08型號開關。

所述的盒體以及屏蔽板均通過鋁材制作而成。