一种超宽脉冲发生器的设计

2.3 元件参数选择

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。

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。

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。

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。

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。

表1 实验结果

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。

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。

通常Rc选为几千欧姆到几十千欧姆。若取Rc=5kΩ、C=50pF，则Ts≈1μs，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。

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。

图4 UWB脉冲产生电路

    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。

2.4 实验结果

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。

    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1μs,占空比为50%。该波形是用Agilent公司的Infiniium 60MHz示波器测得的。

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。