[发明专利]一种纳秒陡脉冲小型发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲发生装置，具体涉及一种纳秒陡脉冲小型发生器。

背景技术

电声脉冲法广泛应用于聚合物材料中空间电荷、介质老化、瞬态击穿等问题的研究，缺少高性能的脉冲发生器是限制目前测量技术进步的主要阻碍。作为电声脉冲法测量聚合物材料特性的核心组件，脉冲发生器必须产生高重复频率、几纳秒脉冲级别的陡脉冲才能实现高速、灵敏、精确的测量。提高脉冲发生器性能一直是电声脉冲法的研究热点和难点，主要因素在于高的重复频率会导致高耗散功率，电路布局、封装屏蔽技术对脉冲的幅值、脉宽、波形影响甚大，目前现有的脉冲发生器很难达到这样的技术目标。

为了实现脉冲发生器产生高频率、纳秒陡脉冲的目标，国内外学者采用微分电路、峰化电路、脉冲形成线等技术实现窄脉冲的发生，其中脉冲形成线技术形成的方波较微分电路、峰化电路更为方整，其中又以Blumlein传输线的使用最为广泛。

在现阶段，已经有用于产生如此高频率、纳秒陡脉冲的工业级脉冲发生器模块，但是此类模块在使用过程中必须辅以高压直流源、5V直流偏置电源以及相配套的电阻、电容。更为制约的是，该模块发热受外接电阻、电容、杂散电阻、杂散电容以及封装屏蔽技术的影响尤为明显，若是电阻、电容选择不当，电路布局不够优良，不仅不能将该模块的性能全部展现出，还极易由于发热功率太大、散热不足造成模块损坏。为实现方便使用电声脉冲法测量聚合物绝缘材料性质，迫切需要研制一种成套的高性能、高重复频率、纳秒陡脉冲发生器。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种纳秒陡脉冲小型发生器，该发生器集成多个模块，并且运行稳定可靠，具有较高的重复频率，能够实现装置小型化。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

包括设置于同一个盒体内的整流模块、斩波模块、固态开关、直流偏置模块、脉冲信号发生器以及散热模块；所述盒体的内部空间通过屏蔽板分隔为三个区域，且用于形成固态开关所需高压直流电源的整流模块和斩波模块位于第一区域，所述的固态开关单独位于第二区域，直流偏置模块、脉冲信号发生器以及散热模块位于第三区域；所述的整流模块和斩波模块串联后经过限流电阻连接固态开关，固态开关并联有作为储能单元的储能电容；脉冲信号发生器接地并联防止信号在始端反射的匹配电阻，直流偏置模块接地并联用于减小电压脉动的匹配电容；固态开关的输出端通过同轴电缆连接负载电阻及负载电容，并输出脉冲。

所述的散热模块包括吸气式散热器以及水冷散热器。

所述固态开关的输出端连接用于抑制噪声的降噪电阻和降噪电容。

所述的限流电阻采用1～10K欧姆的金属膜电阻，匹配电阻采用50欧姆的金属膜电阻，匹配电容采用10uF的电解电容，降噪电阻采用0～50欧姆的金属膜电阻，降噪电容采用0～100pF的陶瓷电容，储能电容采用22nF的陶瓷电容，负载电阻采用50欧姆的金属膜电阻，负载电容采用40pF的陶瓷电容，同轴电缆的特征阻抗为50欧姆。

所述的固态开关外接用于缓和输出电压的第一附加电容和第二附加电容。

所述整流模块输入220V的交流电，输出24V的直流电；斩波模块输入24V的直流电，输出8000V的直流电。所述脉冲信号发生器采用工作电压为5V-10V、驱动电流为1.0A、占空比调节范围为5％-95％、频率范围为200Hz-3000Hz的N555触发模块；直流偏置模块的输入电压为24V，输出电压为5V。所述固态开关的设计参数为：8000V直流输入电压，3V-6V触发电信号，5V直流偏置电压，输出为5ns窄脉冲。

所述的固态开关采用德国BEHLKE公司生产的HTS-50-08型号开关。

所述的盒体以及屏蔽板均通过铝材制作而成。