CN1128500C

CN1128500C - 高频高压锯齿波发生器

Info

Publication number: CN1128500C
Application number: CN 98111699
Authority: CN
Inventors: 蒋君章; 石爱民; 许哲
Original assignee: Institute of Modern Physics of CAS
Current assignee: Institute of Modern Physics of CAS
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2003-11-19
Anticipated expiration: 2018-12-30
Also published as: CN1258961A

Abstract

本发明涉及一种高频高压锯齿波发生器，包括脉冲形成电路、脉冲放大电路；脉冲放大电路的输出信号与高频高压锯齿波发生电路相连；脉冲放大电路的输出信号控制高频高压锯齿波发生电路中的四极管的通断，其高压电源通过电感及容性负载自身进行充放电；本发明利用高频大功率电子管作高压控制开关并利用电感、容性负载直接充放电，从而在容性负载上直接形成高频高压锯齿波，其波形好、波形指标优、峰峰值电压高、耗电小。

Description

高频高压锯齿波发生器

本发明涉及一种电子技术装置，尤其是一种高频高压锯齿波发生器。

粒子加速器的离子源和加速器入口之间需要设置一个聚束器以提高有效的束流强度，理想的聚束器电压是高频高压锯齿波电压。目前，国际上常用的锯齿波发生器是基于谐波合成原理，其基本理论是根据傅氏级数理论，即任何一种周期性波形均可以展开成为傅里叶级数，通常级数有无穷多项，每项对应于某一次谐波，为了使设备不致于太复杂，一般省略四次及四次以上的谐波；其设备基本构造可见图1中所示的现有技术产生高频高压锯齿波的原理框图，由该图中可得出由正弦波信号分别经1倍频、2倍频、3倍频及相位调节、幅度调节后进入相加器进行叠加，产生锯齿波信号，再经宽带功放后将高压输出至容性负载(聚束电极)上；其谐波合成公式为U(t)＝-(sinωt+1/3sin2ωt+1/9sin3ωt)，其锯齿波上升边比例η＝上升边长度/周期＝68.9％；上升边非线性系数INL＝与理想直线的最大差值/峰峰值Vp-p＝±3.4％；上述锯齿波参数与理想的锯齿波(η＝100％，INL＝0)相比，差得比较多，其波形图形也不理想，对容性负载(聚束器)的性能有不良影响；另外，理论的谐波合成公式在具体设备中并不能严格实现，每次谐波的幅度和相位都有误差，因此，其实际合成波形更差，波形指标上升边比例η也达不到68.9％。由上分析可看出，现有的高频高压锯齿波发生器的设备复杂庞大，造价高，锯齿波波形欠佳，且不能在容性负载上直接形成，其波形指标η＜70％，INL＞±3％。

本发明的目的是为了提供一种利用高频大功率四极管作高压控制开关并利用电感、容性负载直接充放电，从而在容性负载上直接形成高频高压锯齿波，其波形好、波形指标优、峰峰值电压高、耗电小的高频高压锯齿波发生器。

本发明的目的可通过如下措施来实现

一种高频高压锯齿波发生器，包括脉冲形成电路、脉冲放大电路，在脉冲放大电路的输出信号上接有高频高压锯齿波发生电路；脉冲放大电路的输出信号通过电容C₁与高频高压锯齿波发生电路中的四极管Fc的一帘栅极相连，并还通过串联的电容C₁、电感L₁及电阻R₁、电容C₂的并联电路与四极管Fc的阴极相连；四极管Fc的板极与容性负载C₄相连，并还通过电感L₂与高压电源相连。四极管Fc的另一帘栅极通过并联的电阻R₂、R₅、电容C₅接地。

所述的脉冲形成电路、脉冲放大电路可采用典型电路。

所述的脉冲形成电路还可采用如下电路，正弦波信号通过电容C₅与整形集成电路U₁的13脚相连，并通过电容C₅、电阻R₅与U₁的11脚相连，同时还通过电容C₅、电阻R₅及R₆与U₁的12脚相连；U₁的7脚输出方波信号至由电容C₈、电阻R13组成的微分电路；微分电路输出的尖脉冲信号与整形集成电路U₂的11脚相连；由U₂的7脚输出矩形窄脉冲至放大集成电路U₃的3脚，由U₃的4脚输出放大信号。

所述的脉冲放大电路还可采用如下电路：

由脉冲形成电路输出的矩形窄脉冲经电位器W₂与宽带放大器IC₁相连，放大器IC₁输出的信号经三级管T₁、T₂组成的射极跟随器后与由场效应管T₃、T₄、T₅、T₆并联而成的脉冲功率放大器相连，由功率放大器输出的放大信号由变压器B₁反相。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、本发明从原理上改变了锯齿波形成方法，用充放电取代谐波合成方法，其设备简单、造价低。

2、本发明利用高质量的矩形脉冲为高频大功率四极管提供栅极控制信号来作高压开关控制容性负载的充放电，从而可在容性负载上直接形成高频高压锯齿波，避免了传统方法中高频锯齿波放大的困难及设备的复杂性，且用矩形窄脉冲作控制信号可确保四极管能适时导通和载止，从而保证了锯齿波波形良好。

3、本发明利用电感及容性负载本身作为充放电电路，比用RC波形好，耗电少。

4、本发明的波形指标η＝80％，INL＜±2％，均优于传统方法。

本发明的具体结构由以下附图给出：

图1是现有技术中的高频高压锯齿波发生器原理框图

图2是本发明高频高压锯齿波发生器原理框图

图3是本发明锯齿波发生电路原理图

图4是本发明脉冲形成电路实施例原理图

图5是本明脉冲放大电路实施例原理图

本发明还将结合附图2、3、4、5实施例作进一步详述：

参照图2、3，一种高频高压锯齿波发生器，包括脉冲形成电路、脉冲放大电路，脉冲放大电路的输出信号与高频高压锯齿波发生电路相连；脉冲放大电路的输出信号通过电容C₁与高频高压锯齿波发生电路中的四极管Fc的一帘栅极相连，并还通过串联的电容C₁、电感L₁及电阻R₁、电容C₂的并联电路与四极管Fc的阴极相连；四极管Fc的板极与容性负载C₄(聚束电极)相连，并还通过电感L₂与1200V高压电源相连；四极管Fc的另一帘栅极通过并联的电阻R₂、R₃、电容C3接地。所述的四极管Fc可选用FC-735F。本发明工作原理是当脉冲放大电路输出一脉冲时，四极管Fc充分导通，总负载电容通过四极管Fc放电，形成锯齿波的下降边；当脉冲放大电路不输出脉冲时，四极管Fc截止，高压电源通过电感L₁对容性负载C₄充电，形成锯齿波的上升边。

所述的脉冲形成电路、脉冲放大电路可采用典型电路。

参照图4，为本发明的脉冲形成电路实施例；正弦波信号通过电容C₅及电阻R₅、电阻R₈分别与整形集成电路U₁的13、12、11脚相连，由U₁的7脚输出方波信号至由电容C₈、电阻R₁₃组成的微分电路；微分电路输出的尖脉冲信号与整形集成电路U₂的11脚相连；由U₂的7脚输出矩形窄脉冲至放大集成电路U₅的3脚，由U₃的4脚输出放大信号。集成电路U₁、U₂、U₃均为ECL高速数字电路。

参照图5，为本发明的脉冲放大电路实施例；由脉冲形成电路输出的矩形窄脉冲经电位器W₂与宽带放大器IC₁相连，由放大器IC₁输出的信号经三级管T₁、T₂组成的射极跟随器后与由场效应管T₃、T₄、T₅、T₆并联而成的脉冲功率放大器相连，由功率放大器输出的放大信号由变压器B₁反相。

Claims

1、一种高频高压锯齿波发生器，包括脉冲形成电路、脉冲放大电路；其特征在于脉冲放大电路的输出信号与高频高压锯齿波发生电路相连；脉冲放大电路的输出信号通过电容C₁与高频高压锯齿波发生电路中的四极管Fc的一帘栅极相连，并还通过串联的电容C₁、电感L₁及电阻R₁、电容C₂的并联电路与四极管Fc的阴极相连；四极管Fc的板极与容性负载C₄相连，并还通过电感L₂与高压电源相连；四极管Fc的另一帘栅极通过并联的电阻R₂、R₅、电容C₅接地。

2、如权利要求1所述的高频高压锯齿波发生器，其特征在于所述的脉冲形成电路、脉冲放大电路可采用典型电路。

3、如权利要求1所述的高频高压锯齿波发生器，其特征在于所述的脉冲形成电路还可采用如下电路，正弦波信号通过电容C₅与整形集成电路U₁的13脚相连，并通过电容C₅、电阻R₅与U₁的11脚相连，同时还通过电容C₅、电阻R₅及R₆与U₁的12脚相连；由U₁的7脚输出方波信号与由电容C₈、电阻R₁₃串联组成的微分电路相联；微分电路输出的尖脉冲信号与整形集成电路U₂的11脚相连；由U₂的7脚输出矩形窄脉冲至放大集成电路U₃的3脚，由U₃的4脚输出放大信号。

4、如权利要求1所述的高频高压锯齿波发生器，其特征在于所述的脉冲放大电路还可采用如下电路；由脉冲形成电路输出的矩形窄脉冲经电位器W₂与宽带放大器IC₁相连，放大器IC₁输出的信号经三级管T₁、T₂组成的射极跟随器后与由场效应管T₃、T₄、T₅、T₆并联而成的脉冲功率放大器相连，由功率放大器输出的放大信号由变压器B₁反相。