一端，中壓驅(qū)動信號Q1和高壓驅(qū)動信號Q5接于高速高壓推挽電路低壓端耦合電容的另一端；
[0038]4.3)高速高壓推挽電路輸出具有Ins快速下降沿和Ins快速上升沿、幅度為-200V至+50V的方波信號。
[0039]上述外部觸發(fā)信號的脈沖寬度等于輸出寬度加8ns，幅值為3_5V。
[0040]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果:
[0041]1、本發(fā)明主要基于分級分路驅(qū)動替代現(xiàn)有單路單級或單路多級驅(qū)動。對脈沖的前沿和后沿分別多級加速驅(qū)動，克服現(xiàn)有方式產(chǎn)生前后沿不快的缺點【現(xiàn)有方式大于Ins ;本發(fā)明沿小于Ins】；高壓脈沖成形單元的高壓端和低壓端的導通和截止分別驅(qū)動，克服現(xiàn)有方式產(chǎn)生脈寬不窄及重頻不高的缺點【現(xiàn)有方式最小脈寬8ns，重頻百K赫茲；本發(fā)明最小脈寬小于3ns，重頻3M赫茲】;維持高壓端導通與截止、維持低壓端導通與截止分別驅(qū)動，克服現(xiàn)有方式脈沖不能太寬的缺點【現(xiàn)有方式最寬只能到幾百微秒；本發(fā)明能到直流】。
[0042]2.本發(fā)明提供的基于MOSFET實現(xiàn)的分級驅(qū)動的緊湊型高壓門控脈沖發(fā)生器，集成低、中、高壓電源轉(zhuǎn)換和脈沖形成，由輸入信號控制觸發(fā)，輸出的高壓脈沖信號寬度與輸入觸發(fā)信號相關(guān)，其輸出幅度+50V?-200V，輸出脈沖寬度3ns?DC可調(diào)，脈沖狀態(tài)時最高重復頻率3.3MHzo
[0043]3.本發(fā)明適用于像增強器的光陰極，且可以作為大幅度高壓信號源應用。
[0044]4.本發(fā)明采用單12V電源通過DC-DC方式產(chǎn)生+50V和-200V直流電源，實現(xiàn)了電源的緊湊型和小型化。
[0045]5.本發(fā)明采用母版背子板的結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)了發(fā)生器的小型化。
【附圖說明】
[0046]圖1為門控脈沖發(fā)生器原理框圖；
[0047]圖2為門控脈沖發(fā)生器信號流向圖；
[0048]圖3為驅(qū)動時序；
[0049]圖4為D觸發(fā)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)脈沖寬度調(diào)節(jié)電路；圖4 (a)電路上電時D、S端為1電平時的調(diào)節(jié)電路圖，4(b)為利用觸發(fā)信號的下降沿產(chǎn)生脈沖時的調(diào)節(jié)電路圖；
[0050]圖5為次級驅(qū)動產(chǎn)生單元加速電路，其中:圖5(a)為低壓端；圖5(b)為高壓端；圖5(c)為低壓端；圖5(d)為高壓端；
[0051]圖6為次級驅(qū)動產(chǎn)生單元維持電路；圖6(&)維持高壓脈沖成形單元中開關(guān)管導通的電路圖，圖6(b)維持高壓脈沖成形單元中開關(guān)管截止的電路圖；
[0052]圖7為高速高壓脈沖輸出成型電路圖；
[0053]圖8為3ns寬度門控信號；
[0054]圖9為50ms寬度門控信號；
[0055]圖10為3.3MHz3ns脈寬重頻門控信號。
【具體實施方式】
[0056]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細說明。
[0057]圖1為門控脈沖發(fā)生器原理框圖，包括電源輸入單元、觸發(fā)輸入單元、初級驅(qū)動產(chǎn)生單元、加速和維持MOSFET開關(guān)的次級驅(qū)動產(chǎn)生單元、高壓脈沖成形單元；電源輸入單元包括12V直流電源和DC/DC電路，用于將12V直流電源變換成5V、50V、-200V直流電源；觸發(fā)輸入單元包括外部觸發(fā)接口和匹配電路；外部觸發(fā)接口用于連接由計算機或信號源；匹配電路用于阻抗匹配；初級驅(qū)動產(chǎn)生單元包括8通道緩沖電路、14個單穩(wěn)態(tài)電路、4個緩沖電路；8通道緩沖電路輸出8路信號，其中兩路信號Sl、S2直接輸出至次級驅(qū)動；兩路信號S7、S8分別通過一個單穩(wěn)態(tài)電路后直接輸出至次級驅(qū)動；另外四路信號S3、S4、S5、S6分別依次通過三個單穩(wěn)態(tài)電路和1個緩沖電路；加速和維持MOSFET開關(guān)的次級驅(qū)動產(chǎn)生單元包括2路推挽電路和4路單管MOSFET開關(guān)電路；初級驅(qū)動產(chǎn)生單元的四路信號S1、S2、S7、S8直接輸出至4路單管開關(guān)電路，另外四路信號S3、S4、S5、S6分成兩組分別送入各自的推挽電路；高壓脈沖成形單元包括推挽電路，推挽電路包括高壓端電容和低壓端電容；Q4接于推挽電路高壓端親合電容的一端，Q2和Q6接于推挽電路高壓端親合電容的另一端；Q3接于推挽電路低壓端耦合電容的一端，Q1和Q5接于推挽電路低壓端耦合電容的另一端；5V直流電源送入初級電路，50V直流電源和-200V直流電源分別送入次級電路和成型電路。
[0058]觸發(fā)輸入信號在初級產(chǎn)生8路TTL脈沖信號:取決于觸發(fā)信號寬度的維持導通S1和截止信號S2 ;觸發(fā)信號前沿利用D觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，產(chǎn)生加速次級驅(qū)動導通所需的前沿S3和后沿脈沖S4、S7 ;觸發(fā)信號后沿利用D觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，產(chǎn)生加速次級驅(qū)動截止所需的前沿S5和后沿脈沖S6、S8 ;S1經(jīng)過次級驅(qū)動產(chǎn)生中壓驅(qū)動信號Q1，維持低壓端電路中的MOSFET管的導通；S2經(jīng)過次級驅(qū)動產(chǎn)生中壓驅(qū)動信號Q2，維持高壓端電路中的MOSFET管的截止；S3和S4經(jīng)過次級驅(qū)動產(chǎn)生中壓驅(qū)動信號Q3，加速低壓端電路中的MOSFET管的導通；S5和S6經(jīng)過次級驅(qū)動產(chǎn)生中壓驅(qū)動信號Q4，加速高壓端電路中MOSFET管的截止，S7和S8經(jīng)過次級驅(qū)動產(chǎn)生中壓驅(qū)動信號Q5、Q6 ;高速高壓脈沖成形開關(guān)組在Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6驅(qū)動下輸出高速高壓門控信號。信號關(guān)系如圖3所示。
[0059]初級驅(qū)動需要產(chǎn)生8路TTL信號，其中維持導通和截止的2路信號直接由觸發(fā)信號倒相后驅(qū)動次級驅(qū)動電路；其它加速導通和截止的6路信號，利用高速D觸發(fā)器構(gòu)成如圖4所示電路調(diào)節(jié)脈沖寬度。圖4(a)電路上電時D、S端為1電平，處于穩(wěn)定狀態(tài)，Q1 = 0，Q = 1，此時通過二極管D對電容C充電，R端高電平，觸發(fā)信號到來時，即CLK = 1(上升沿)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，工作于單穩(wěn)狀態(tài)，Q1 = 1，Q = 0，R端電容C的電荷經(jīng)電阻R泄放，當電容電荷放完，R端為低電平，觸發(fā)器恢復穩(wěn)定狀態(tài)，Q1 = 0，Q = 1。至此，Q端產(chǎn)生正脈沖，其正峰時間由電阻R和電容C的大小決定；Q產(chǎn)生相反的輸出脈沖。觸發(fā)器等待下一個觸發(fā)循環(huán)。當利用觸發(fā)信號的下降沿產(chǎn)生脈沖時，需要將CLK倒相后輸?shù)接|發(fā)器的CLK端，如圖4(b)所示。
[0060]加速高壓脈沖成形單元中開關(guān)管導通和截止的次級驅(qū)動設(shè)計采用如圖5所示電路原理圖。圖5a為脈沖成形級的低端驅(qū)動，由高速P溝道和N溝道MOSFET對管組成開關(guān)組，將P溝道管用在高端，N溝道管用在低端。初始時P溝道和N溝道MOSFET均截止，電容左端電壓為0V，S4觸發(fā)P溝道管導通，負載端的脈沖形成一個快速上升邊沿。經(jīng)過所需脈沖寬度延時后，P溝道管截止且S3觸發(fā)N溝道管導通，電容C快速放電至0V，此時輸出端脈沖形成一個快速下降的邊沿。因此，在輸出端產(chǎn)生了一個具有雙快沿的中高壓正脈沖，幅值為0V?50Vo
[0061 ] 圖5b為脈沖成形級的高端驅(qū)動，初始時P溝道和N溝道MOSFET均截止，電容C被充電至電源電壓50V。觸發(fā)信號經(jīng)驅(qū)動電路控制P溝道和N溝道管的導通與關(guān)斷。當S5觸發(fā)N溝道管導通時，電容左端電壓拉至0V，由于電容兩端電壓不能突變，負載端的脈沖形成一個快速下降邊沿。經(jīng)過所需脈沖寬度延時后，S6觸發(fā)P溝道管導通且N溝道管截止，電容C快速充電至50V，此時輸出端脈沖形成一個快速上升的邊沿。因此，在輸出端產(chǎn)生了一個具有雙快沿的中高壓負脈沖，幅值為50V?0V。
[0062]維持高壓脈沖成形單元中開關(guān)管導通和截止的次級驅(qū)動直接采用初級驅(qū)動單MOSFET管，如圖6所示。
[0063]圖7為高壓脈沖形成原理圖，由高速高壓P溝道和N溝道對管MOSFET組成開關(guān)組，將P溝道管用在高壓端，N溝道管用在低壓端。初始時P溝道管導通和N溝道管截止，脈沖輸出50V。觸發(fā)信號Q4、Q5經(jīng)驅(qū)動電路控制P溝道管關(guān)斷和N溝道管導通。當P溝道管截止和N溝道管導通時輸出電壓拉至-200V，由于負載電容兩端電壓不能突變，負載端的脈沖形成一個快速下降邊沿。經(jīng)過脈沖寬度延時后，觸發(fā)信號Q3、Q6加速P溝道管導通和N溝道管截止時輸出電壓50V，此時負載端脈沖形成一個快速上升的邊沿。因此，在負載端產(chǎn)生了一個具有雙快沿的高壓脈沖，幅值為50V?-200V。當脈沖寬度較寬或為直流時，直接由Q1、Q2維持導通和截止。
[0064]為了實現(xiàn)發(fā)生器的緊湊型，采用一個12V電源供電，本發(fā)明采用低壓差線性電壓調(diào)節(jié)器實現(xiàn)5V，通過DC-DC轉(zhuǎn)換得到50V電源和-200V。電路板采用層疊式結(jié)構(gòu)設(shè)計，兩塊DC-DC子板層疊在母板上，母板采用四層設(shè)計，頂層放置低壓電源轉(zhuǎn)換器件和背子板，中間為電源分割層和地，底層為初級脈沖產(chǎn)生、次級驅(qū)動和脈沖成形電路。圖8為發(fā)生器輸出3ns單脈沖波形；圖9為50ms輸出信號；圖10為3.3MHz3ns脈寬重頻信號。
[0065]—種脈寬可調(diào)的緊湊型高壓方波發(fā)生方法，包括以下步驟:
[0066]1)觸發(fā)輸入:
[0067]輸入具有一定脈沖寬度的3-5V外部觸發(fā)信號；
[0068]2)初級驅(qū)動信號產(chǎn)生:
[0069]利用D觸發(fā)器，將觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換為8路TTL脈沖信號，第一路信號S1用于維持脈沖成形的導通；第二路S2用于脈沖成形的截止；第三路信號S3用于產(chǎn)生加速次級低端驅(qū)動導通所需的前沿脈沖；第四路信號S4用于產(chǎn)生加速次級低端驅(qū)動導通所需的后沿脈沖；第五路信號S5用于產(chǎn)生加速次級高端驅(qū)動導通所需的前沿脈沖；第六路信號S6用于產(chǎn)生加速次級高端驅(qū)動導通所需的后沿脈沖；第7路信號S7用于產(chǎn)生加速次級驅(qū)動導通所需的前沿脈沖；第八路信號S8用于產(chǎn)生加速次級驅(qū)動截止所需的后沿脈沖；