一種超寬脈沖發(fā)生器的設計

（2）由于雪崩運用時集電結加有很高的反向電壓,集電結空間電荷區(qū)向基區(qū)一側的擴展使有效基區(qū)寬度大為縮小,因而少數(shù)載流子通過基區(qū)的渡越時間大為縮短。換言之,晶體管的有效截止頻率大為提高。

（3）在雪崩區(qū)內,與某一給定電壓值對應的電流不是單值的。并且隨電壓增加可以出現(xiàn)電流減小的現(xiàn)象。也就是說,雪崩運用時晶體管集電極-發(fā)射極之間呈負阻特性。

（4）改變雪崩電容與負載電阻,所對應的輸出幅度是不同的。換言之,輸出脈沖與雪崩和負載電阻有關。

下面對雪崩管的動態(tài)過程進行分析。在雪崩管的動態(tài)過程中,工作點的移動相當復雜,現(xiàn)結合原理圖形示電路（圖4）進行分析（這里主要分析雪崩管Q1的工作過程,其余類同）。

在電路中近似地將雪崩管靜態(tài)負載電阻認為是Rc,當基極未觸發(fā)時,基極處于反偏,雪崩管截止。根據(jù)電路可列出雪崩管過程的方程為：

式中：i為通過雪崩管的總電流,ic為通過靜態(tài)負載Rc的電流,ia為雪崩電流,uc(0)為電容C初始電壓,R為動態(tài)負載電阻,C為雪崩電容,tA為雪崩時間。Vce為雪崩管Q1集-射極電壓,Vcc為電路直接偏置電壓。

從（1）式可求解出雪崩過程動態(tài)負載線方程式為：

在具體的雪崩管電路中,Rc為幾千歐（本實驗中取為6.8kΩ）,而R則為幾十歐（本實驗中取為51Ω）,因此Rc>>R。雪崩時雪崩電流ia比靜態(tài)電流ic大得多,即ia>>ic,所以i≈ia。于是（2）式可簡化為：

因為0～tA這段雪崩時間很短,因此可以略去,即得

i=1/R[uc(0)-Vce] （4） 另外,電路還采用了雪崩管極聯(lián)的設計,原理上可以看作是一個Marx發(fā)生器。這樣可以增加所產生脈沖的幅度,同時還可以使脈沖的寬度變得更窄。首先,通可雪崩管的級聯(lián),使加在各級雪崩管集電極的電壓遞增（每級的增量約為Vcc）。而集電極電壓的增大可以使雪崩管的導通內阻減小,從而縮短脈沖的上升時間tr。其次,基極注入電流Ib會隨之增大,tr也將減小。另外,雪崩管的級聯(lián)結構還可以相當于對各級的輸出脈沖進行了乘積,這樣也會使脈沖的上升時間tr得到進一步的減小。這里關鍵是解決雪崩管觸發(fā)的同時性問題,由于脈沖很寬,這一瞇就尤為突出。如果雪崩管不能很好地同時觸發(fā),反而會增加輸出脈沖的寬度。為了獲得同時觸發(fā),就必須要盡量選用觸發(fā)參數(shù)相同的雪崩管。如果有的雪崩管觸發(fā)參數(shù)不同,則需要調整電路中的元件參數(shù),使其同時觸發(fā)。實驗中A、B、C各點輸出脈沖的寬度分別為：2.43ns、1.76ns、1.22ns;上升時間分別為1.2ns、1.12ns、863ps。與理論分析所得結論相符。 從圖5中可以看到輸出脈沖的幅度約為1.2V,寬度約為1.22ns（半寬度）,上升時間約為863ps。采用的雪崩三極管為3DB2B型（tr≤2ns）。觸發(fā)脈沖的周期為1μs,占空比為50%。該波形是用Agilent公司的Infiniium 60MHz示波器測得的。

式（3）和式（4）表明雪崩狀態(tài)下,動態(tài)負載線是可變的。

雪崩管在雪崩區(qū)形成負阻特性,負阻區(qū)處于Bvceo與Bvcbo之間,當電流再繼續(xù)加大時,則會出現(xiàn)二次擊穿現(xiàn)象,如圖2所示。

圖2中,電阻負載線I貫穿了兩個負阻區(qū)。若加以適當?shù)耐苿?工作點a會通過負阻區(qū)交點b到達c,由于雪崩管的推動能力相當強,c點通常不能被封鎖,因而通過第二負阻區(qū)交點d而推向e點。工作點從a到e一共經(jīng)過兩個負阻區(qū),即電壓或電流信號經(jīng)過兩次正反饋的加速。因此,所獲得的信號其電壓或電流的幅度上當大,其速度也相當快。