脉冲发生器的电路与分析

龙依然

利用双极性晶体管工作在雪崩区的雪崩式开关特性，结合MARX电路的基本工作原理，设计了图3所示的UWB脉冲发生器。首先采用了微波双极性晶体管取代了雪崩晶体管，使得电路在较低的电源电压下能够正常工作，满足实际的使用需要；其次采用了并行同步触发方式，即对多个晶体管的基极同时加入触发脉冲信号，当晶体管串行级联运用时，由于各个晶体管偏置临界雪崩状态，如果采用单管进行触发时，先产生雪山崩击穿的是基极受到触发信号的晶体管，接着才是后面级联的晶体管产生雪崩由穿效应。对于产生皮秒量级的脉冲而言，电路中任何一个部分存在的时间延迟都会影响产生的输出脉冲，使得输出脉冲的上升时间变长和脉冲变宽。为了消除电路中存在的雪崩依次延时，对电路中多个晶体管的基极加入了同步触发脉冲信号，使晶体管同时产生雪崩击穿，加快了负载上获得的脉冲的上升过程，获得了非常陡直的UWB脉冲。该脉冲发生器可以在较低的电源电压下可靠工作，稳定地输出一定幅度和宽度的UWB脉冲，脉冲的重复工作频率可以达到50MHz以上，在超宽带技术中具有相当大的应用价值。

在没有加入触发脉冲信号时，电源电压Vcc通过电阻R1与R11、R2与R5、R5、R3与R6、R4与R7分别对电容C1、C2、C3、C4进行充电，使得4个微波双极性晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的集电结偏置在临界雪崩状态，于是储能电容C1、C2、C3、C4的两端所充的电压约等于集电结雪崩击穿电压BVCBO。当触发的脉冲信号Vi输入时，微波双极性晶体管同时雪崩击穿，储能电容C1、C2、C3、C4所所储存的电荷迅速地通过Q1、Q2、Q3、Q4和等效负载电阻R12放电，于是在负载电阻上得到需要的UWB脉冲信号。图4是在负载电阻R12仿真计算得到的UWB脉冲信号。