专利名称：高压宽频带脉冲放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于脉冲信号放大装置领域，具体涉及一种高压宽频带脉冲放大器。
背景技术：
目前，对脉冲信号进行放大通常采用场效应管电路或晶体三极管电路，放大后的脉冲幅值和脉冲频带两项技术指标存在不足。现有的脉冲放大装置虽然能够将脉冲幅值线性放大1000V以上，但放大后的脉冲信号沿(上升沿/下降沿)只能达到微秒量级，不能满足宽频的要求；能够将放大后的脉冲信号沿做到100ns以内的脉冲放大装置，脉冲幅值又不能达到1000V以上。现有的脉冲放大装置不能做到“高压”(放大后的脉冲幅值达到1000V以上)与“宽频”(放大后的脉冲信号沿达到100ns以下)同时兼顾。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种高压宽频带脉冲放大器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是采用场效应管放大电路与高频金属陶瓷发射管放大电路级联的方式。待放大脉冲的信号经脉冲信号输入接口至前级放大电路进行预放，达到后级工作所需技术指标后通过级间耦合电路送至后级放大电路，并从脉冲信号输出接口输出最终放大结果。前级放大电路采用场效应管，后级放大电路采用金属陶瓷发射管。高压电源模块分别为前级放大电路提供漏极电压，为后级放大电路提供阳极高压。偏置电路模块分别为前后级放大电路提供不同的栅极偏压。本实用新型的工作状态是静态时两级放大电路均工作于临界截止状态，在有脉冲输入时快速反应，在无脉冲输入时节省直流功耗。动态时脉冲沿工作于脉冲射频放大状态，脉冲顶部工作于线性放大状态。
本实用新型的高压宽频脉冲放大器，其特点是放大器的脉冲信号输入接口、前级放大电路、级间耦合电路、后级放大电路、脉冲信号输出接口顺序电连接，高压电源分别与进行脉冲预放的前级放大电路和进行高压放大的后级放大电路相连接，偏置电源分别与前级放大电路和后级放大电路相连接。
本实用新型的高压宽频脉冲放大器的进行脉冲预放的前级放大电路采用场效应管放大电路，进行高压放大的后级放大电路采用金属陶瓷发射管放大电路，放大器的级间耦合电路采用阻容耦合电路。
脉冲信号输入接口经耦合电容与场效应管的栅极相连；前级偏置电阻一端与场效应管的栅极相连，另一端与偏置电源的前级输出相连；前级储能电容一端接地，另一端与高压电源的前级输出相连；漏极电阻与高压电源的前级输出相连，另一端接场效应管的漏极；源极电阻与源极旁路电容并联，并联后的一端接场效应管的源极，另一端接地。前级耦合电容与级间电容串联，串联后的一端接场效应管的漏极，另一端接金属陶瓷发射管的栅极；级间电阻一端接地，另一端接在前级耦合电容与级间电容中间；后级偏置电阻一端与金属陶瓷发射管的栅极相连，另一端与偏置电源的后级输出相连。后级储能电容一端接地，另一端与高压电源的后级输出相连；阳极电阻一端与高压电源的后级输出相连，另一端接金属陶瓷发射管的阳极；阴极电阻与阴极旁路电容并联，并联后的一端接金属陶瓷发射管的阴极，另一端接地；输出耦合电容与负载电阻串联，串联后的一端接金属陶瓷发射管的阳极，另一端接地，中间端接至脉冲信号输出接口。
本实用新型的高压宽频带脉冲放大器，能够将电压峰值绝对值小于10V的负向脉冲信号放大至1000V以上，同时又能使脉冲信号沿达到70ns以内，晃动小于3ns，且脉冲信号顶部波形能够线性放大，线性度优于10％。
图1是本实用新型的高压宽频带脉冲放大器实施例的结构原理框图。
图2是本实用新型的高压宽频带脉冲放大器实施例的电路原理图。
图3是本实用新型的高压宽频带脉冲放大器实施例电路的输入脉冲波形图。
图4是本实用新型的高压宽频带脉冲放大器实施例电路的输出脉冲波形图。
图中，1.脉冲信号输入接口 2.前级放大电路 3.级间耦合电路 4.后级放大电路 5.脉冲信号输出接口 6.高压电源 7.偏置电源；具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明在图1中，本实用新型的高压宽频带脉冲放大器包括脉冲信号输入接口1、前级放大电路2、级间耦合电路3、后级放大电路4、脉冲信号输出接口5、高压电源6、偏置电源7，连接关系为脉冲信号输入接口1、前级放大电路2、级间耦合电路3、后级放大电路4、脉冲信号输出接口5顺序电连接，高压电源6分别与前级放大电路2和后级放大电路4相连接，偏置电源7分别与前级放大电路2和后级放大电路4相连接。
脉冲信号经脉冲信号输入接口1送至前级放大电路2进行预放，达到后级工作所需指标后通过级间耦合电路3送至后级放大电路4，并从脉冲信号输出接口5输出最终放大结果。任意顶部波形的负向快沿脉冲经脉冲信号输入接口1进入前级放大电路2，脉冲信号沿小于5ns，电压峰值绝对值5V。在本实用新型中，采用LECROY-LW120任意信号发生器产生标准输入信号。脉冲信号输出接口5的信号采用TEK-TDS3032示波器进行结果检测。进行脉冲预放的前级放大电路2采用场效应管放大电路，进行高压放大的后级放大电路4采用金属陶瓷发射管放大电路，放大器的级间耦合电路3采用阻容耦合电路。高压电源6分别为前后级放大电路提供不同的直流电压，偏置电源7分别为前后级放大电路提供不同的栅极偏压。
在图2中可以看出，前级放大电路2包括输入耦合电容C1、前级储能电容C2、源极旁路电容C3、前级偏置电阻R1、漏极电阻R2、源极电阻R3、场效应管M1，其中，场效应管M1采用P沟道增强型场效应管，选用IRF9系列中器件参数能够满足漏-源极极限电压绝对值＞200V、导通时间与关断时间均≤15ns的场效应管中的一种。场效应管也可选用性能参数类似的替换器件。级间耦合电路3包括前级耦合电容C4、级间电容C5、级间电阻R4、后级偏置电阻R5。后级放大电路4包括后级储能电容C6、阴极旁路电容C7、输出耦合电容C8、阳极电阻R6、阴极电阻R7、负载电阻R8、金属陶瓷发射管M2，灯丝电源B1，其中，金属陶瓷发射管M2可选择FC311，FC312F，FC313F系列的微波三极管中的一种。微波三极管也可采用或典型工作状态为栅极脉冲射频放大状态的性能参数类似的替换器件。
本实用新型的高压宽频带脉冲放大器的脉冲信号输入接口1经耦合电容C1与场效应管M1的栅极相连；前级偏置电阻R1一端与场效应管M1的栅极相连，另一端与偏置电源7的前级输出相连；前级储能电容C2一端接地，另一端与高压电源6的前级输出相连，当高压电源6输出能力足够时，储能电容C2可省略；漏极电阻R2一端与高压电源6的前级输出相连，另一端接场效应管M1的漏极；源极电阻R3与源极旁路电容C3并联，并联后的一端接场效应管M1的源极，另一端接地。
前级耦合电容C4与级间电容C5串联，串联后的一端接场效应管M1的漏极，另一端接金属陶瓷发射管M2的栅极；级间电阻R4一端接地，另一端接在前级耦合电容C4与级间电容C5中间；后级偏置电阻R5一端与金属陶瓷发射管M2的栅极相连，另一端与偏置电源7的后级输出相连。
后级储能电容C6一端接地，另一端与高压电源6的后级输出相连，当高压电源6输出能力足够时，储能电容C6也可省略；阳极电阻R6一端与高压电源6的后级输出相连，另一端接金属陶瓷发射管M2的阳极；阴极电阻R7与阴极旁路电容C7并联，并联后的一端接金属陶瓷发射管M2的阴极，另一端接地；输出耦合电容C8与负载电阻R8串联，串联后的一端接金属陶瓷发射管M2的阳极，另一端接地，中间端接至脉冲信号输出接口5；灯丝电源B1为金属陶瓷发射管M2提供标准灯丝电压。
前后两级放大电路静态工作点均处于临界截止状态，在有脉冲输入时快速反应，无脉冲输入时节省直流功耗。脉冲顶部工作于线性放大状态。前级脉冲放大为50V～60V正向脉冲，信号沿小于15ns，后级脉冲放大为1000V以上，信号沿小于70ns的负向脉冲。两级电路及级间耦合电路的分布参数决定信号放大的幅值与信号沿。
场效应管M1选用P沟道增强型场效应管IRF9610，前级偏置电阻R1＝300Ω，漏极电阻R2＝100Ω，源极电阻R3＝5.1Ω，级间电阻R4＝10kΩ，输入耦合电容C1、前级储能电容C2、后级储能电容C6、级间电容C5均等于100μf，源极旁路电容C3＝1000pf，前级耦合电容C4＝0.1μf。为保证电容正常工作，通常电容的耐压值为工作电压的两倍以上。金属陶瓷发射管M2采用金属陶瓷发射管FC311，阳极电阻R6为1.5kΩ大功率电阻，后级偏置电阻R5＝100Ω，阴极旁路电容C7＝100pf，阴极电阻R7＝33Ω，输出耦合电容C8＝0.1μf，负载电阻R8＝9kΩ。
高压直流电源6为前级提供电压-180V，为后级提供高压为1.2KV～1.5KV可调。偏置电源7为前级提供偏置直流电压-4.3V，为后级提供偏置直流电压-9.7V。当场效应管M1和金属陶瓷发射管M2采用参数类似的替换器件时，偏置电源7提供的前级偏置电压值和后级偏置电压值应根据器件参数做相应调整，使前级放大电路2和后级放大电路4均工作于临界截止状态。灯丝电源B1为金属陶瓷发射管M2提供灯丝电压6.0V。当金属陶瓷发射管M2采用参数类似的替换器件时，灯丝电源B1提供的灯丝电压值应等于替换器件的标准灯丝电压值。
图3是本实用新型的实施例的输入脉冲波形图。脉冲电压峰值绝对值5V，脉宽6μs，信号沿小于5ns。脉冲顶部指数变化。
图4是本实用新型的实施例的输出脉冲波形图，脉冲电压峰值绝对值大于1000V，脉宽6μs，信号沿小于70ns。脉冲顶部指数变化，脉冲顶部放大线性度优于10％。
为保证金属陶瓷发射管充分预热、正常工作，装置必须在灯丝电压加上五分钟以后才能加前后级高压，在高压加上以后才能开始输入待放大的脉冲信号。
装置输出脉冲的电压值可通过改变高压直流电源6供给后级放大电路4的电压值进行调节。可在装置非工作状态下预先调节后级高压，也可在工作状态下慢速小幅度调节后级高压。
本实用新型的场效应管M1和金属陶瓷发射管M2采用大面积散热片，整个装置采用风扇强风迫冷。
权利要求1.一种高压宽频脉冲放大器，其特征是所述的放大器的脉冲信号输入接口(1)、前级放大电路(2)、级间耦合电路(3)、后级放大电路(4)、脉冲信号输出接口(5)顺序电连接，高压电源(6)分别与进行脉冲预放的前级放大电路(2)和进行高压放大的后级放大电路(4)相连接，偏置电源(7)分别与前级放大电路(2)和后级放大电路(4)相连接。
2.根据权利要求1所述的高压宽频脉冲放大器，其特征是所述的进行脉冲预放的前级放大电路(2)采用场效应管放大电路，进行高压放大的后级放大电路(4)采用金属陶瓷发射管放大电路，级间耦合电路(3)采用阻容耦合电路。
3.根据权利要求1或2所述的高压宽频脉冲放大器，其特征在于所述的放大器中的前级放大电路(2)的连接关系是脉冲信号输入接口(1)经耦合电容C1与场效应管M1的栅极相连；前级偏置电阻R1一端与场效应管M1的栅极相连，另一端与偏置电源(7)的前级输出相连；前级储能电容C2一端接地，另一端与高压电源(6)的前级输出相连；漏极电阻R2一端与高压电源(6)的前级输出相连，另一端接场效应管M1的漏极；源极电阻R3与源极旁路电容C3并联，并联后的一端接场效应管M1的源极，另一端接地。
4.根据权利要求1或2所述的高压宽频脉冲放大器，其特征在于所述的放大器中的级间耦合电路(3)的连接关系是前级耦合电容C4与级间电容C5串联，串联后的一端接场效应管M1的漏极，另一端接金属陶瓷发射管M2的栅极；级间电阻R4一端接地，另一端接在前级耦合电容C4与级间电容C5中间；后级偏置电阻R5一端与金属陶瓷发射管M2的栅极相连，另一端与偏置电源(7)的后级输出相连。
5.根据权利要求1或2所述的高压宽频脉冲放大器，其特征在于所述的放大器中的后级放大电路(4)的连接关系是后级储能电容C6一端接地，另一端与高压电源(6)的后级输出相连；阳极电阻R6一端与高压电源(6)的后级输出相连，另一端接金属陶瓷发射管M2的阳极；阴极电阻R7与阴极旁路电容C7并联，并联后的一端接金属陶瓷发射管M2的阴极，另一端接地；输出耦合电容C8与负载电阻R8串联，串联后的一端接金属陶瓷发射管M2的阳极，另一端接地，中间端接至脉冲信号输出接口(5)。
专利摘要本实用新型提供了一种高压宽频脉冲放大器，其脉冲信号输入接口、前级放大电路、级间耦合电路、后级放大电路、脉冲信号输出接口顺序电连接，高压电源分别与进行脉冲预放的前级放大电路和进行高压放大的后级放大电路相连接，偏置电源分别与前级放大电路和后级放大电路相连接。本实用新型的高压宽频带脉冲放大器，能够将电压峰值绝对值小于10V的负向脉冲信号放大至1000V以上，同时又能使脉冲信号沿达到70ns以内，晃动小于3ns，且脉冲信号顶部波形能够线性放大，线性度优于10％。
文档编号H03F3/00GK2901697SQ20062003458
公开日2007年5月16日 申请日期2006年6月13日 优先权日2006年6月13日
发明者任柯昱, 唐丹 申请人:中国工程物理研究院电子工程研究所