一種超寬脈沖發(fā)生器的設計

當負載很陡時,如圖2中負載線II所示,它沒有與二次擊穿曲線相交而直接推而飽和區(qū),這時就不會獲得二次負阻區(qū)的加速。

本文介紹的超寬帶UWB極窄脈沖發(fā)生器即是利用雪崩管的二次負阻區(qū)加速作用,來達到產生極窄脈沖的目的。

2 UWB脈沖產生電路及分析

2.1 電路原理圖

UWB發(fā)射機系統的簡化框圖如圖3所示,系統的信息調制采用PPM調制。本文主要討論UWB脈沖產生電路的設計,電路原理圖如圖4所示。

2.2 電路分析

當觸發(fā)脈沖尚未到達時,雪崩管截止,電容C2、C4在Vcc的作用下分別通過電阻R1、R和R2、R3充電。電容C通過Rc充電（充電后其電壓近似等于電源電壓Vcc）。當一個足夠大的觸發(fā)脈沖到來后,使晶體管工作點運動到不穩(wěn)定的雪崩負阻區(qū),Q1雪骨擊穿,產生快速增大的雪崩電流,導致電容C經由晶體管Q1快速放電,從而在負載電阻R上形成一個窄脈沖。由于雪崩電流很大,因此獲得的窄脈沖有較高的峰值;又由于電容C儲存的電荷很有限（一般電容量只有幾皮法至幾百皮法）,因此脈沖寬度也有限。也就是說,當開始雪崩以后,由于晶體管本身以及電路分布參數的影響,使得雪崩電流即電容C的放電電流只能逐漸增大;而到達某一峰值后,又出于電容C上電荷的減少使得放電電流逐漸減小。前者形成了脈沖的前沿,而后者形成了脈沖的后沿。

Q1雪崩擊穿后,電容C放電注入負載R。這人電壓經過電容C2,導致Q2過壓并且雪崩擊穿。同理Q3也依次快速雪崩擊穿。由于雪崩過程極為迅速,因此這種依次雪崩的過程還是相當快的,從宏觀上可以把它看作是同時觸發(fā)的。因此,在負載上就可以得到一個上升時間非常短的UWB極窄脈沖。

2.3 元件參數選擇

雪崩晶體管電路中應選擇的電路參數主要為雪崩晶體管Vcc、C、Rc及加速電容等。

①雪崩晶體管：雪崩晶體管的選擇依據主要是雪崩管的輸出振幅及邊沿應滿足要求。

②偏置電壓Vcc:必須適當選擇偏置電壓Vcc,使雪崩晶體管能夠發(fā)生雪崩效應,同時還應當滿足Vcc≤Bvcbo。

③雪崩電壓：雪崩電容C不應選擇太大,C太大,輸出脈沖寬度加寬,電路恢復期太長;但也不能太小,C太小,輸出脈沖振幅減小,而且影響電容分布。通常取為幾皮法到幾十皮法。一般應選用瓷片電容或云母電容。

在一定范圍內,電容C值越小,脈沖寬度也越小,但幅度也會變得越小。這個結果由仿真和實驗均得到驗證如表1所示。

表1 實驗結果

當電容C值小于3皮法時,由于其他寄存參數的影響,寬度的減小已不明顯。

④集電極電阻Rc：集電極電阻Rc應保證雪崩電路能夠在靜止期內恢復完畢,即（3～5）（Rc+RL）C≤Ts,式中Ts為觸發(fā)脈沖重復周期。

通常Rc選為幾千歐姆到幾十千歐姆。若取Rc=5kΩ、C=50pF,則Ts≈1μs,觸發(fā)脈沖重復頻率應小于100kHz。Rc不能選得太小,否則雪崩晶體管可能長時間處于導通狀態(tài),導致溫度過度而燒壞。