强激光与粒子束
2022, 34(6): 065001
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
雪崩三极管因其快速性、高重复频率等特点被广泛应用于纳秒脉冲发生器。为了提高输出电压，常采用多管串联Marx电路。采用二极管代替传统多管串联Marx电路中的部分限流电阻以减少能量损耗，加快充电速度，提高重复频率，并分析了主电容和限流电阻对输出脉冲幅值和频率的影响。通过雪崩三极管的单管击穿实验，单个三极管的导通内阻最小约为2.5 Ω，多管串联Marx电路中的等效内阻使负载侧的输出电压降低，故采用多路Marx并联电路以提高输出电压幅值。通过改变Marx并联模块数量，研究了电路等效内阻对输出脉冲的影响；通过改变负载电阻值，验证了Marx并联电路在小负载下升压效果更佳。实验结果表明，通过相同的4路Marx并联电路进行放电实验，在50 Ω负载侧输出上升沿为3.4 ns、幅值为2.5 kV、可在15 kHz下稳定工作的脉冲。
雪崩三极管 纳秒脉冲 avalanche transistor nanosecond pulse Marx Marx 强激光与粒子束
2018, 30(9): 095002
西北核技术研究所, 高功率微波技术重点实验室, 西安 710024
基于雪崩管的脉冲源相对于基于气体开关和半导体断路(SOS)开关的脉冲源,输出脉冲幅度较低。为了进一步提高雪崩管脉冲源的输出幅度,进行功率合成是行之有效的方法,其关键在于脉冲源单元具有高稳定度和时基一致性。分析了触发脉冲对基于雪崩管的脉冲源的影响机理,指出脉冲抖动的影响因素：触发脉冲上升斜率、雪崩管器件导通电平方差、电路噪声。在实验中,通过提高触发脉冲幅度,增加上升斜率,脉冲源抖动和单元之间的时基一致性均优于20 ps。
雪崩管脉冲源 触发脉冲 上升斜率 高稳定度 时基一致性 pulse-generator based avalanche transistor trigger pulse slope high-stability time-coherence 强激光与粒子束
2016, 28(3): 035004
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
2 日本长冈技术科学大学 极限能量密度中心, 新泻 长冈 940-2137
雪崩三极管是一种比较理想的、同时具有快速响应和高峰值功率的器件, 可以很方便地产生具有ns或亚ns上升前沿的高功率脉冲。研制了三种不同电路构型的雪崩三极管脉冲源, 对比了不同级数情况下的电路输出性能, 并考察了不同电缆长度对脉冲输出的影响, 其中电缆储能电路的电压脉冲可以分为0.4 ns快上升以及缓慢上升的阶段, 而电容储能电路的电压脉冲只有0.4 ns的快上升阶段, 表明电缆中存在的波过程对雪崩导通过程的建立有较大影响, 进而影响电路输出性能。
雪崩三极管 级联型电路 Marx型电路 混合型电路 avalanche transistor cascaded circuit Marx bank circuit hybrid circuit 强激光与粒子束
2016, 28(1): 015001
选用雪崩三极管作为开关器件，详细讨论了设计和优化Marx电路的方法；将Marx电路进行模块化改进，设计了一种新型四路同步叠加立体结构，并得出了叠加倍数与模块数量的理论关系式。最终，利用+300 V直流电源供电，通过四路输出幅值为-2.6 kV的Marx模块叠加，在50 Ω阻性负载上得到了幅值-5.0 kV、半高脉宽5.3 ns、脉冲能量约2.0 mJ的高斯型脉冲，时延抖动小于100 ps，重复频率达10 kHz，叠加效率达96.2%。调节直流偏置电压为200~300 V，并配合模块数量的增减，可调节脉冲幅值为1.6~5.0 kV。
雪崩三极管 Marx电路 模块化 脉冲叠加 立体对称结构 叠加效率 avalanche transistor Marx circuit modularization pulse combining stereo-symmetrical structure combining efficiency 强激光与粒子束
2015, 27(9): 095003
中国工程物理研究院 流体物理研究所,脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
基于超快速高压大功率半导体开关、脉冲形成电路以及同心等间距传输的关键技术,提出一种模块化多路同步快脉冲触发源技术方案.设计出在负载阻抗为50 Ω时,可同步输出两种快脉冲触发信号:一种幅度大于20 V(4路)、脉冲前沿小于820 ps、脉冲宽度大于100 ns;另一种则是幅度大于100 V(4路)、前沿小于1.4 ns、脉宽大于100 ns;在外触发作用下,触发源系统抖动和脉冲输出同步分散性分别达到2 ns 和36.6 ps.电路结构上充分利用等间距电信号传输的原理,实现了快脉冲触发源模块化的设计.通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,给出了在外触发脉冲单次和重频(5 kHz)作用下该同步快脉冲触发源输出的实验结果.
模块化 高压雪崩管 同步 分散性 快脉冲信号 modularization H.V avalanche transistor synchronization dispersion fast pulse signal 强激光与粒子束
2015, 27(7): 075006
针对采用注入法进行电磁脉冲效应实验对高性能小型化电磁脉冲源的需求，设计了一种基于雪崩三极管开关的MARX结构的紧凑型脉冲发生电路。分析了雪崩管开关和脉冲发生电路的工作原理，给出了触发电路与主电路设计方法以及元件参数选取方法，并设计了十级单极性和双极性的脉冲发生电路，能产生前沿为ns级、峰值上kV的快沿双指数脉冲，并具有较高的稳定度以及高重复频率。
快沿 双指数脉冲 高稳定度 高重复频率 雪崩三极管 fast rise-time double-exponential pulse high stability high repetition rate avalanche transistor 强激光与粒子束
2014, 26(6): 063202
脉冲源作为探地雷达的核心部件, 其高功率和超宽频带可保证探测距离和探测分辨率, 波形的光滑性与稳定性同时也影响着目标成像质量。选用雪崩三极管组成Marx电路输出单极性脉冲, 采取措施优化波形中的不光滑部分, 精确计算传输线延迟时间, 信号反向叠加形成双极性脉冲, 设计梳状PCB形式有利于脉冲源的小型化。测量结果表明：脉冲波形平滑对称, 正负峰间脉宽为1.64 ns, 幅度为812 V(50 Ω负载), 拖尾振荡低于总体幅值的10%, 和仿真结果吻合较好, 符合探地雷达的需求。
探地雷达 超宽带 脉冲源 雪崩管 Marx电路 ground penetrating radar ultra-wideband pulse source avalanche transistor Marx circuit
采用Marx电路提高雪崩管脉冲源输出脉冲幅度,分析基于雪崩管Marx电路脉冲源的时基稳定度和波形稳定度的影响因素。采用适当的优化措施提高稳定度指标,设计了高稳定度的雪崩管脉冲源,脉冲峰值电压2 000 V(50 Ω负载),脉冲全底宽度5 ns,上升时间400 ps,重复频率达到25 kHz,具有很高的稳定度指标:短时抖动小于30 ps,长时漂移小于100 ps/min,峰值电压和脉冲宽度抖动小于1%。
雪崩管 全固态 Marx电路 脉冲源 高稳定度 超宽带 avalanche transistor all-solid-state Marx circuit pulser high stability ultra-wide band
中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子学国家重点实验室, 西安 710119
研制了一种应用于直接调制半导体激光器的脉冲驱动电路.根据直接数字频率合成原理，利用现场可编程逻辑阵列产生频率可调方波去触发雪崩晶体管，以及雪崩晶体管的雪崩效应产生频率可调脉宽固定在3 ns的主体脉冲.该脉冲经过衰减器衰减得到合时的脉冲幅度.输出脉冲最高频率可到100 kHz，其输出电压幅度为9 V.
半导体激光器 现场可编程逻辑阵列 直接数字频率合成 雪崩晶体管 Semiconductor laser Field Programmable Gate Arrays (FPGA) Direct Digital synthesis (DDS) Avalanche transistor
