CN101534107B - 一种窄脉冲发生电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种窄脉冲发生电路，用于产生窄脉冲供负载电路使用，包括一数字信号源(1)；一高通滤波电路(2)；其特征在于：还包括一绝缘栅场效应管驱动器(3)；一绝缘栅场效应管(4)，其栅极与绝缘栅场效应管驱动器(3)的输出端相连，负载电路供电电压连接第一电阻(R1)后与绝缘栅场效应管(4)的漏极相连；第一电容(C1)第一端与所述绝缘栅场效应管(4)的漏极连接，第一电容(C1)第二端连接第二电阻(R2)的第一端，第二电阻(R2)的第二端与绝缘栅场效应管(4)的源极之间连接所述负载电路；一脉冲反馈控制电路(5)的输入端与绝缘栅场效应管驱动器(3)的输出端连接，而输出端则连接到绝缘栅场效应管驱动器(3)的输入端。与现有技术相比，本发明产生的窄脉冲信号保持稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种窄脉冲发生电路。
背景技术
一些在需要用到窄脉冲触发的负载电路，一般都需要窄脉冲发生电路能输出较为稳定、并且能对负载电路进行保护的窄脉冲发生电路。例如在分布式光纤传感系统中，窄脉冲激光器是其核心部件之一，这种激光器就需要纳秒级脉宽，并且需要实现脉冲强渡和脉冲重复频率的可调，还要求激光光源为单纵模、窄宽带、稳定性高、不易受外界干扰。传统的脉冲光发生系统采用半导体激光器和声光调制器，使光纤激光经声光晶体调制为脉冲光。该方案的不足在于半导体激光器输出的激光带宽较宽，且与光纤系统存在耦合效率问题，使用不便。此外声光斩波器体积大，半波电压高，而且频带窄，消光比低，只能调制出100ns左右的脉冲，远不能满足光纤传感系统实际需要。
还有一种能实现亚纳秒持续时间的超宽带窄脉冲发生器，例如公开号为CN1426164(专利号为ZL 03112693.6)的中国专利就公布了这样一种超宽带窄脉冲发生器，该发生器由基带信号源、微分器、基极零偏置放大器、滤波器、宽带低噪声放大器依次相串联组合而成，由基带信号源产生方波信号输入，经微分器、基极零偏置放大器、滤波器后，由宽带低噪声放大器(输出亚纳秒持续时间的超宽带窄脉冲。上述超宽带窄脉冲发生器主要利用矩形脉冲的基带信号源，通过微分器将矩形脉冲变成正负极性占空比很小的脉冲序列，然后再经过基极零偏置放大器抑制负极性脉冲，放大正极性脉冲，再由滤过器产生所需波形，最后经过宽带低噪声放大器将所需波形放大。电路结构复杂，窄脉冲信号不稳定，并且对负载电路没有设置保护电路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种不采用微分器、基极零偏置放大器、滤波器和宽带低噪声放大器而同样可以产生纳秒级的窄脉冲发生电路，该电路结构简单、产生的窄脉冲信号稳定。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该窄脉冲发生电路，用于产生窄脉冲供负载电路使用，包括
一数字信号源，用于产生激励触发信号给所述窄脉冲发生电路；
一高通滤波电路，其输入端与所述数字信号源的输出端相连；
其特征在于：还包括
一绝缘栅场效应管驱动器，其输入端与高通滤波电路的输出端相连；
一绝缘栅场效应管，该绝缘栅场效应管的栅极与绝缘栅场效应管驱动器的输出端相连，负载电路供电电压连接第一电阻后与该绝缘栅场效应管的漏极相连，该绝缘栅场效应管的源极接地；
第一电容，该第一电容的第一端与所述绝缘栅场效应管的漏极连接，该第一电容第二端连接第二电阻的第一端，第二电阻的第二端与绝缘栅场效应管的源极之间连接所述负载电路；
一脉冲反馈控制电路，该脉冲反馈控制电路的输入端与所述绝缘栅场效应管驱动器的输出端连接，脉冲反馈控制电路的输出端则连接到绝缘栅场效应管驱动器的输入端。
数字信号源给出一个正脉冲信号，作为触发源，触发脉冲信号经过高通滤波电路后进入绝缘栅场效应管驱动器的输入端，绝缘栅场效应管驱动器的输出端可以产生强电流驱动脉冲送给绝缘栅场效应管，同时绝缘栅场效应管驱动器的输出端产生的强电流驱动脉冲经过脉冲反馈控制电路反相后立即绝缘栅场效应管驱动器的输入端置为低电平，从而把绝缘栅场效应管驱动器的输出端也置为低电平，确保了输出脉冲的波形；绝缘栅场效应管驱动器的输出端将脉冲信号送给绝缘栅场效应管的栅极；在没有脉冲触发的情况下，绝缘栅场效应管驱动器的输出端为低电平，绝缘栅场效应管截止，负载电路供电电压通过第一电阻给第一电容充电，直至充满，此时，第一电容的第一端积聚了大量的正电荷；当有脉冲触发时，绝缘栅场效应管驱动器的输出端为高电平，即绝缘栅场效应管的栅极为高电平时，漏极与源极导通，第一电容的第一端的正电荷，通过绝缘栅场效应管的漏极流向源极，并流经负载电路和第二电阻后到达第一电容的第二端，这是一个迅速放电的过程，从而使负载电路在极短时间内流过强电流。
脉冲反馈控制电路的设置，可以很好确保绝缘栅场效应管驱动器输出端输出的脉冲的波形宽度，即不管数字信号源输入的触发波形信号有多宽，经过反馈控制电路作用后，绝缘栅场效应管驱动器输入端的脉冲宽度保持恒定，从而使整个窄脉冲发生电路产生的窄脉冲信号保持稳定。
作为改进，所述脉冲反馈控制电路包括一三极管和第三电阻，其中所述绝缘栅场效应管驱动器的输出端连接第三电阻后与三极管的基极相连，三极管的集电极连接到绝缘栅场效应管驱动器的输入端，三极管的发射极接地。
所述三极管为NPN型三极管为佳。
再改进，本发明的窄脉冲发生电路还包括有由第一二极管和第二二极管组成的脉冲保护电路，其中第一二极管的正极与第一电容第二端连接，第一二极管的负极与第一电容的第一端相连，第二二极管的正极与第二电阻的第二端连接，第二二极管的负极与绝缘栅场效应管的源极相连。
使用第一二极管和第二二极管泄放第一电容上的反向电流，从而起到保护负载电路的作用。
再改进，本发明的窄脉冲发生电路还包括一1:1变压器，该1:1变压器的输入端与数字信号源的输出端相连，而1:1变压器的输出端则与高通滤波电路的输入端相连。数字信号源给出的触发脉冲信号通过1:1的变压器进行隔离后再通过高通滤波电路，可以有效保证窄脉冲发生电路的安全性。
较好的，所述高通滤波电路包括第四电阻、第五电阻和第二电容，其中第四电阻的两端连接在所述1:1变压器的两输出端；第二电容的第一端与所述1:1变压器的第一输出端相连，第二电容的第二端与绝缘栅场效应管驱动器的输入端相连；第五电阻的第一端与第二电容的第二端相连，第五电阻的第二端与所述1:1变压器的第二输出端相连，同时所述1:1变压器的第二输出端接地。
所述绝缘栅场效应管驱动器采用型号为TC4422的高速绝缘栅场效应管驱动器为佳，该绝缘栅场效应管驱动器的第2引脚为输入端，该绝缘栅场效应管驱动器的第6、7引脚为输出端，该绝缘栅场效应管驱动器的第1、8引脚连接外接稳压电源，该绝缘栅场效应管驱动器(3)的第4、5引脚接地。型号为TC4422的高速绝缘栅场效应管驱动器可实现高达9A的强电流驱动，能够驱动大功率绝缘栅场效应管。
而所述绝缘栅场效应管采用型号为DE150的N沟道增强型射频功率绝缘栅场效应管为佳，该绝缘栅场效应管的第2引脚为栅极，该绝缘栅场效应管(4)的第5引脚为漏极，该绝缘栅场效应管的第1、3、4、6引脚为源极，这样负载电路在第一电容放电过程中可以在极短时间内流过高达20A的强电流。
最后，所述负载电路为一激光器二极管。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用绝缘栅场效应管驱动器和绝缘栅场效应管与电容来产生瞬间高电流窄脉冲，电路结构简单，脉冲反馈控制电路的设置，可以很好确保绝缘栅场效应管驱动器输出端输出的脉冲的波形宽度，即不管数字信号源输入的触发波形信号有多宽，经过反馈控制电路作用后，绝缘栅场效应管驱动器输入端的脉冲宽度保持恒定，从而使整个窄脉冲发生电路产生的窄脉冲信号保持稳定。
附图说明
图1为本发明实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示的窄脉冲发生电路，包括数字信号源1、1:1变压器6、高通滤波电路2、绝缘栅场效应管驱动器3、绝缘栅场效应管4、脉冲反馈控制电路5和负载电路，其中，数字信号源1用于产生激励触发信号给所述窄脉冲发生电路，1:1变压器6的输入端与数字信号源1的输出端相连，而1:1变压器6的输出端则与高通滤波电路2的输入端相连；高通滤波电路2由第四电阻R4、第五电阻R5和第二电容C2组成，其中第四电阻R4的两端连接在1:1变压器6的两输出端；第二电容C2的第一端与1:1变压器6的第一输出端相连，第二电容C2的第二端与绝缘栅场效应管驱动器3的输入端相连；第五电阻R5的第一端与第二电容C2的第二端相连，第五电阻R5的第二端与1:1变压器6的第二输出端相连，同时1:1变压器6的第二输出端接地；绝缘栅场效应管驱动器3采用型号为TC4422的高速绝缘栅场效应管驱动器，该绝缘栅场效应管驱动器3的第2引脚为输入端，而高通滤波电路2的输出端即第二电容的第二端与该绝缘栅场效应管驱动器3的第2引脚连接，绝缘栅场效应管驱动器3的第6、7引脚为输出端，该绝缘栅场效应管驱动器3的第1、8引脚连接外接稳压电源VDD，该绝缘栅场效应管驱动器3的第4、5引脚接地；脉冲反馈控制电路5由NPN型三极管Q1、第三电阻R3组成，其中绝缘栅场效应管驱动器3的输出端即第6、7引脚连接第三电阻R3后与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极连接到绝缘栅场效应管驱动器3的输入端第2引脚，三极管Q1的发射极接地；绝缘栅场效应管4采用型号为DE150的N沟道增强型射频功率绝缘栅场效应管，该绝缘栅场效应管4的第2引脚为栅极，该绝缘栅场效应管4的第5引脚为漏极，该绝缘栅场效应管4的第1、3、4、6引脚为源极，该绝缘栅场效应管4的栅极与绝缘栅场效应管驱动器3的输出端即第6、7引脚相连，负载电路供电电压POWER连接第一电阻R1后与绝缘栅场效应管4的漏极相连，绝缘栅场效应管4的源极接地；第一电容C1的第一端与绝缘栅场效应管4的漏极连接，第一电容C1第二端连接第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端与绝缘栅场效应管4的源极之间连接负载电路；另外本实施例中还包括由第一二极管D1和第二二极管D2组成的脉冲保护电路，其中第一二极管D1的正极与第一电容C1第二端连接，第一二极管D1的负极与第一电容C1的第一端相连，第二二极管D2的正极与第二电阻R2的第二端连接，第二二极管D2的负极与绝缘栅场效应管4的源极相连。
本实施例中负载电路为一激光器二极管LD。
本发明电路的工作过程为：
数字信号源给出一个正脉冲信号，作为触发源，触发脉冲信号通过1:1的变压器隔离，并经过第四电阻R4、第二电容C2、第五电阻R5组成的PI型高通滤波电路后进入绝缘栅场效应管驱动器3的第2引脚输入端，型号为TC4422的绝缘栅场效应管驱动器可实现高达9A的强电流驱动，能够驱动大功率绝缘栅场效应管；信号经TC4422型的绝缘栅场效应管驱动器的第6脚和第7脚推挽式输出，产生强电流驱动PLUS_OUT脉冲，同时LUS_OUT脉冲，经第三电阻R8送到NPN三极管Q1的基极，三极管Q1反相后把型号为TC4422的绝缘栅场效应管驱动器的第2脚立即置为低电平，从而把PLUS_OUT置为低电平，确保脉冲的波形。
绝缘栅场效应管驱动器的输出端将PLUS_OUT脉冲信号送给绝缘栅场效应管4的栅极即第2引脚；型号为DE150的N沟道增强型射频功率绝缘栅场效应管，具有纳秒级的切换速度，可实现的驱动电流高达15A，开启电阻低至0.2欧姆。在没有脉冲触发的情况下，绝缘栅场效应管驱动器3的输出端PLUS_OUT为低电平，绝缘栅场效应管4截止，负载电路供电电压POWER通过第一电阻R1给第一电容C1充电，直至充满，此时，第一电容C1的第一端A积聚了大量的正电荷；当有脉冲触发时，绝缘栅场效应管驱动器3的输出端PLUS_OUT为高电平，即绝缘栅场效应管的栅极为高电平时，漏极与源极导通，第一电容C1的第一端的正电荷通过绝缘栅场效应管的漏极流向源极，并流经激光器二极管LD和第二电阻R2后到达第一电容C1的第二端B，这是一个迅速放电的过程，从而使激光器二极管LD在极短时间内流过强电流。
脉冲反馈控制电路的设置，可以很好确保绝缘栅场效应管驱动器输出端输出的脉冲的波形宽度，即不管数字信号源输入的触发波形信号有多宽，经过反馈控制电路作用后，绝缘栅场效应管驱动器输入端的脉冲宽度保持恒定，从而使整个窄脉冲发生电路产生的窄脉冲信号保持稳定。
使用第一二极管D1与第二二极管D2泄放第一电容C1的反向电流，从而起到保护激光器二极管LD的作用。
Claims (8)
1.一种窄脉冲发生电路，用于产生窄脉冲供负载电路使用，包括
一数字信号源(1)，用于产生激励触发信号给所述窄脉冲发生电路；
一高通滤波电路(2)，其输入端与所述数字信号源(1)的输出端相连；其特征在于：还包括
一绝缘栅场效应管驱动器(3)，其输入端与高通滤波电路(2)的输出端相连；
一绝缘栅场效应管(4)，该绝缘栅场效应管(4)的栅极与绝缘栅场效应管驱动器(3)的输出端相连，负载电路供电电压连接第一电阻(R1)后与该绝缘栅场效应管(4)的漏极相连，该绝缘栅场效应管(4)的源极接地；
第一电容(C1)，该第一电容(C1)的第一端与所述绝缘栅场效应管(4)的漏极连接，该第一电容(C1)第二端连接第二电阻(R2)的第一端，第二电阻(R2)的第二端与绝缘栅场效应管(4)的源极之间连接所述负载电路；
一脉冲反馈控制电路(5)，该脉冲反馈控制电路(5)的输入端与所述绝缘栅场效应管驱动器(3)的输出端连接，脉冲反馈控制电路(5)的输出端则连接到绝缘栅场效应管驱动器(3)的输入端；
所述脉冲反馈控制电路(5)包括一三极管(Q1)和第三电阻(R3)，其中所述绝缘栅场效应管驱动器(3)的输出端连接第三电阻(R3)后与三极管(Q1)的基极相连，三极管(Q1)的集电极连接到绝缘栅场效应管驱动器(3)的输入端，三极管(Q1)的发射极接地。
2.根据权利要求1所述的窄脉冲发生电路，其特征在于：所述三极管(Q1)为NPN型三极管。
3.根据权利要求1或2所述的窄脉冲发生电路，其特征在于：还包括有由第一二极管(D1)和第二二极管(D2)组成的脉冲保护电路，其中第一二极管(D1)的正极与第一电容(C1)第二端连接，第一二极管(D1)的负极与第一电容(C1)的第一端相连，第二二极管(D2)的正极与第二电阻(R2)的第二端连接，第二二极管(D2)的负极与绝缘栅场效应管(4)的源极相连。
4.根据权利要求1或2所述的窄脉冲发生电路，其特征在于：还包括一1∶1变压器(6)，该1∶1变压器(6)的输入端与数字信号源(1)的输出端相连，而1∶1变压器(6)的输出端则与高通滤波电路(2)的输入端相连。
5.根据权利要求4所述的窄脉冲发生电路，其特征在于：所述高通滤波电路包括第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和第二电容(C2)，其中第四电阻(R4)的两端连接在所述1∶1变压器(6)的两输出端；第二电容(C2)的第一端与所述1∶1变压器(6)的第一输出端相连，第二电容(C2)的第二端与绝缘栅场效应管驱动器(3)的输入端相连；第五电阻(R5)的第一端与第二电容(C2)的第二端相连，第五电阻(R5)的第二端与所述1∶1变压器(6)的第二输出端相连，同时所述1∶1变压器(6)的第二输出端接地。
6.根据权利要求1所述的窄脉冲发生电路，其特征在于：所述绝缘栅场效应管驱动器(3)采用型号为TC4422的高速绝缘栅场效应管驱动器，该绝缘栅场效应管驱动器(3)的第2引脚为输入端，该绝缘栅场效应管驱动器(3)的第6、7引脚为输出端，该绝缘栅场效应管驱动器(3)的第1、8引脚连接外接稳压电源(VDD)，该绝缘栅场效应管驱动器(3)的第4、5引脚接地。
7.根据权利要求1所述的窄脉冲发生电路，其特征在于：所述绝缘栅场效应管(4)采用型号为DE150的N沟道增强型射频功率绝缘栅场效应管，该绝缘栅场效应管(4)的第2引脚为栅极，该绝缘栅场效应管(4)的第5引脚为漏极，该绝缘栅场效应管(4)的第1、3、4、6引脚为源极。
8.根据权利要求1所述的窄脉冲发生电路，其特征在于：所述负载电路为一激光器二极管。
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