基于隧道二极管的窄脉冲发生电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子电路领域，特别是涉及了一种基于隧道二极管的窄脉冲发生电路，能实现发生ns (纳秒)级甚至PS (皮秒)级的窄脉冲信号。
【背景技术】
[0002]电窄脉冲被充分的应用在计算机、雷达、通信、自动控制等领域，例如基于时域反射技术的电缆测试，时域反射装置对被测电缆发出窄脉冲，脉冲通过电缆形变点时会产生回波，通过接收回波进行比较便能准确测量电缆的变形位置，仪器发出的脉冲越窄，幅度越大，在电缆中传播的距离越远，测量电缆变形具体位置的能力越强。在自动控制方面，例如将电信号转换成角位移或直线位移的微电机叫做脉冲电动机。每给它一个电脉冲信号，转子就旋转一个固定角度称为步距角。步距不受电压波动、负载大小和环境条件变化的影响，几乎没有惯性和积累误差。可广泛用于机床的程序控制和数字控制技术中。
[0003]当前常见的窄脉冲产生电路有Marx电路也有时序逻辑电路直接产生。Marx电路可由雪崩三极管和电容电阻等基本元件构成，利用三极管的雪崩效应，从而达到瞬间电压增大，电压跳变的效果，产生速度极快的电压脉冲。但是有触发时间间隔长、信号输出不稳定等缺点，很难用到实际生产之中。
[0004]时序逻辑电路直接发生窄脉冲，由于时序逻辑芯片输出电压幅度较低，且产生的窄脉冲上升沿一般为十纳秒级以上，往往达不到设备要求，此种方法在高精度要求仪器中很难得到应用。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明的主要目的在于提供了一种基于隧道二极管的窄脉冲发生电路，结构简单，发射频率高，能实现发生ns (纳秒)级甚至ps (皮秒)级的窄脉冲信号，输出电压大且可靠性高，由于其成本低廉，更能广泛的得到应用。
[0006]本发明采用的技术方案是:
[0007]本发明包括主电路和驱动电路，主电路主要由包含有微波三极管Q2的上路、包含有微波三极管Ql和微波三极管Q3的下路以及包含有微波三极管Ql的放大电路组成；上路和下路之间并联，上路和下路的输入端均与驱动电路连接，上路和下路的输出端均经放大电路输出窄脉冲信号，上路、下路和放大电路均与直流电源VCC连接。
[0008]所述的上路包括微波三极管Q2、电阻R5和电阻R9，微波三极管Q2的集电极经电阻R5连接直流电源VCC，微波三极管Q2的发射级接地，微波三极管Q2的集电极经电阻R9连接下路；所述的下路中，包括微波三极管Ql、微波三极管Q3、电阻Rl?电阻R4、电阻R6?电阻R8和肖特基二极管Dl ;微波三极管Ql集电极分别与电阻Rl和电容Cl的一端连接，电阻Rl的另一端连接直流电源VCC，微波三极管Ql的发射级经电阻R2接地，电容Cl的另一端经电阻R3接地，电容Cl的另一端依次经肖特基二极管D1、电阻R4后连接到微波三极管Q3的基极；微波三极管Q3的基极和集电极之间串联有电阻R6，微波三极管Q3集电极接地，微波三极管Q3集电极分别与电阻R7和电阻R8的一端，电阻R7的另一端连接直流电源VCC,电阻R8的另一端与上路的电阻R9连接，电阻R8的另一端经隧道二极管D2接地；放大电路包括微波三极管Q4和电阻RlO?电阻R12，微波三极管Q4基极经电容C2与下路中电阻R8的另一端连接，微波三极管Q4基极经电阻Rll接地，微波三极管Q4基极与集电极之间串联有电阻R10，微波三极管Q4集电极经电阻R12接直流电源VCC，微波三极管Q4集电极经电容R12输出窄脉冲信号。
[0009]所述的驱动电路采用现场可编程门阵列FPGA (Field 一 ProgrammabIe GateArray,简称 FPGA)。
[0010]所述的微波三极管Ql和微波三极管Q2均由驱动电路提供脉冲宽度调制信号进行驱动。
[0011]所述的现场可编程门阵列FPGA输出PffM信号的I/O 口连接到微波三极管Ql和微波三极管Q2的基极。
[0012]所述窄脉冲信号的发生频率与现场可编程门阵列FPGA输出的PffM信号频率相同。
[0013]所述的微波三极管Ql、Q2和Q4为NPN型微波三极管，微波三极管Q3为PNP型微波三极管。
[0014]本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果:
[0015]1、结构简单，主电路仅由隧道管与基本电子元器件组成，电路结构简单清晰，容易搭建。
[0016]2、使用灵活，通过现场可编程门阵列(FPGA)对脉冲宽度调制(PffM)信号频率控制，可产生可变频率的ps (皮秒)级窄脉冲。
[0017]3、本发明电路搭建成本低廉，电路结构效率高，有很好的应用前景。
【附图说明】
[0018]图1是本发明电路的拓扑图。
[0019]图2是本发明中PffM信号上升沿时B点电势变化波形图。
[0020]图3是本发明中PffM信号下降沿时A点电势与B点电势变化波形图。
[0021]图4是本发明中C点电势与U。点电势波形图。
[0022]图中信号电压开始上升的时刻，PffM信号电压到达U。时刻，U。、开关三极管Q2的导通电压，t2、PffM信号电压开始下降的时刻，t3、PffM信号电压到达U1时刻，U1,开关三极管Q3 (PNP三极管)的截止电压。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述:
[0024]如图1所示，本发明包括主电路和驱动电路，主电路主要由包含有微波三极管Q2的上路、包含有微波三极管Ql和微波三极管Q3的下路以及包含有微波三极管Ql的放大电路组成；上路和下路之间并联，上路和下路的输入端均与驱动电路连接，上路和下路的输出端均经放大电路输出窄脉冲信号，上路、下路和放大电路均与直流电源VCC连接。
[0025]主电路包括电阻Rl?电阻R12、电容Cl?电容C3、直流电源VCC、微波三极管Ql?Q4、肖特基二极管Dl和隧道二极管D2。
[0026]上路包括微波三极管Q2、电阻R5和电阻R9，微波三极管Q2、电阻R5和直流电源VCC构成一开关电路，微波三极管Q2的集电极经电阻R5连接直流电源VCC，微波三极管Q2的发射级接地，微波三极管Q2的集电极经电阻R9连接下路，电阻R9接隧道二极管D2正极。
[0027]下路包括微波三极管Q1、微波三极管Q3、电阻Rl?电阻R4、电阻R6?电阻R8和肖特基二极管Dl。
[0028]微波三极管Q1、电阻R1、电阻R2和直流电源VCC构成一放大电路，微波三极管Ql集电极分别与电阻Rl和电容Cl的一端连接，电阻Rl的另一端连接直流电源VCC，微波三极管Ql的发射级经电阻R2接地，电容Cl的另一端经电阻R3接地，电容Cl与电阻R3连接组成的微分电路，电容Cl的另一端依次经肖特基二极管D1、电阻R4后连接到微波三极管Q3的基极，电容Cl的另一端与肖特基二极管Dl的正极连接。
[0029]微波三极管Q3、电阻R7和直流电源VCC组成一个开关电路，微波三极管Q3的基极和集电极之间串联有电阻R6，微波三极管Q3集电极接地，微波三极管Q3集电极分别与电阻R7和电阻R8的一端，电阻R7的另一端连接直流电源VCC，电阻R8的另一端与上路的电阻R9连接，电阻R8的另一端经隧道二极管D2接地，电阻R8的另一端接隧道二极管D2正极。
[0030]放大电路包括微波三极管Q4和电阻RlO?电阻R12，微波三极管Q4基极经电容C2与下路中电阻R8的另一端连接，微波三极管Q4基极经电阻Rl I接地，电容C2与电阻Rl I并联组成微分电路，微波三极管Q4基极与集电极之间串联有电阻R10，微波三极管Q4集电极经电阻R12接直流电源VCC，电阻R10、电阻R11、电阻R12、微波三极管Q4和直流电源VCC组成一放大电路，微波三极管Q4集电极经电容R12输出窄脉冲信号。
[0031]驱动电路采用现场可编程门阵列FPGA