JPH0215135B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0215135B2 JPH0215135B2 JP14228083A JP14228083A JPH0215135B2 JP H0215135 B2 JPH0215135 B2 JP H0215135B2 JP 14228083 A JP14228083 A JP 14228083A JP 14228083 A JP14228083 A JP 14228083A JP H0215135 B2 JPH0215135 B2 JP H0215135B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- transistors
- pulse
- transistor
- switch
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 9
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
- H03K3/57—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a semiconductor device
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
- Lasers (AREA)
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Description
本発明は、全固体化回路で高電圧の立上りの迅
速で尖鋭なパルスの発生回路に係るものである。 従来高電圧のパルス発生器のスイツチ回路とし
てはサイラトロンや真空管が多用されて来た。こ
れを固体化すべく、サイリスタなども使用された
が、立上りが遅いために尖鋭なパルスの発生器用
スイツチとしては適当ではない。例えば窒素レー
ザではパルスの立上りが数ナノ秒以下で、振幅
10kV以上のものが必要となつてくる。本発明は
全固体化したパルス発生回路でこの要求を満足す
るものである。 第１図はこのパルス発生回路の基本原理で１は
（波形整形回路である）伝送ライン、２はスイツ
チ、３は負荷、４は電源、５は高抵抗であつて、
スイツチ２が開いているとき伝送ラインは電源電
圧で充電されている。今伝送ラインの特性インピ
ーダンスZoと負荷の純抵抗値RLが等しいとして、
スイツチ２が閉じられた瞬間を考えると、充電電
圧をVpとして負荷に加わる瞬間電圧Ｖは次式の
ように（Vp／２）となる。 Ｖ＝Vp×RL／（Zp＋RL）＝Vp／２ 従つて伝送ライン中にはVpから（Vp／２）だ
け下つた電圧波頭が先端に向つて進行し、末端に
向つて進行し、末端では開放であるために、−
（Vp／２）＝−Ｖの波頭で戻つてくる。そして、
Zp＝RLのために接続点では反射が起らず、負荷
に届くために負荷では振幅がＶだけ上昇し、伝送
ライン中の往復時間だけ遅れて−Ｖの波頭によつ
てゼロ電圧レベルに戻る。即ち、かくして、伝送
ライン中の往復時間に相当する幅のパルス電圧が
発生する。 このパルス発生回路で、発生パルスの立上り時
間を早くするには、経路を短くして直列インダク
タンス分を極力減少させ、かつ分布容量も小さく
することと、スイツチの動作時間も早くする必要
がある。また、高電圧パルスとするためには、ス
イツチ回路が開放時に高電圧に耐えなければなら
ない。 本発明では、このスイツチ素子としてトランジ
スタを採用した。トランジスタの中には立上り
（ターンオン）時間が、数十ナノ秒のものも多く
存在し、特にアバランシエ作用（ナダレ増倍作
用）を起させれば１ナノ秒程度のものも容易に得
られる。 第２図は高電圧パルスを発生させるために多数
のトランジスタを直列に接続した本発明の一実施
例である。トランジスタを多数直接に使用する場
合に、高抵抗器を並列に接続して各トランジスタ
に加わる電圧の均一化を計ることは、従来も使わ
れてきた。図でトランジスタ６1〜６N（Ｎは全個
数）に対して並列の８1〜８Nの高抵抗器がこれで
あつて、各トランジスタスイツチの開放時の端子
電圧を均一化している。トランジスタスイツチの
閉路時には３オーム以下の小さな値を示すが、引
出線などの残留インダクタンスが10nH以上存在
する。このため、並列保護抵抗８1〜８Nを使用す
るのみでは、波形に凸凹が出て、非常に悪くなつ
てしまう。 そこで本発明では、積極的にコンデンサを入れ
て低域瀘波器の構造として、等価リアクタンスの
影響を除くこととした。 今、トランジスタの等価リアクタンスをLp、等
価抵抗をrpとし、開放時の等価容量をCpとする
と、これらを直列にしたものをトランジスタと等
価と考えられる、第３図のように、このトランジ
スタの両端にコンデンサC1を接続して低域瀘波
器の形とする。スイツチの閉路時にはスイツチＳ
でCpが短絡されると考える。実験に使用したトラ
ンジスタの諸特性は下表のとおりであつた（以後
rpの影響は無視して述べる）。 等価抵抗３オーム以下
速で尖鋭なパルスの発生回路に係るものである。 従来高電圧のパルス発生器のスイツチ回路とし
てはサイラトロンや真空管が多用されて来た。こ
れを固体化すべく、サイリスタなども使用された
が、立上りが遅いために尖鋭なパルスの発生器用
スイツチとしては適当ではない。例えば窒素レー
ザではパルスの立上りが数ナノ秒以下で、振幅
10kV以上のものが必要となつてくる。本発明は
全固体化したパルス発生回路でこの要求を満足す
るものである。 第１図はこのパルス発生回路の基本原理で１は
（波形整形回路である）伝送ライン、２はスイツ
チ、３は負荷、４は電源、５は高抵抗であつて、
スイツチ２が開いているとき伝送ラインは電源電
圧で充電されている。今伝送ラインの特性インピ
ーダンスZoと負荷の純抵抗値RLが等しいとして、
スイツチ２が閉じられた瞬間を考えると、充電電
圧をVpとして負荷に加わる瞬間電圧Ｖは次式の
ように（Vp／２）となる。 Ｖ＝Vp×RL／（Zp＋RL）＝Vp／２ 従つて伝送ライン中にはVpから（Vp／２）だ
け下つた電圧波頭が先端に向つて進行し、末端に
向つて進行し、末端では開放であるために、−
（Vp／２）＝−Ｖの波頭で戻つてくる。そして、
Zp＝RLのために接続点では反射が起らず、負荷
に届くために負荷では振幅がＶだけ上昇し、伝送
ライン中の往復時間だけ遅れて−Ｖの波頭によつ
てゼロ電圧レベルに戻る。即ち、かくして、伝送
ライン中の往復時間に相当する幅のパルス電圧が
発生する。 このパルス発生回路で、発生パルスの立上り時
間を早くするには、経路を短くして直列インダク
タンス分を極力減少させ、かつ分布容量も小さく
することと、スイツチの動作時間も早くする必要
がある。また、高電圧パルスとするためには、ス
イツチ回路が開放時に高電圧に耐えなければなら
ない。 本発明では、このスイツチ素子としてトランジ
スタを採用した。トランジスタの中には立上り
（ターンオン）時間が、数十ナノ秒のものも多く
存在し、特にアバランシエ作用（ナダレ増倍作
用）を起させれば１ナノ秒程度のものも容易に得
られる。 第２図は高電圧パルスを発生させるために多数
のトランジスタを直列に接続した本発明の一実施
例である。トランジスタを多数直接に使用する場
合に、高抵抗器を並列に接続して各トランジスタ
に加わる電圧の均一化を計ることは、従来も使わ
れてきた。図でトランジスタ６1〜６N（Ｎは全個
数）に対して並列の８1〜８Nの高抵抗器がこれで
あつて、各トランジスタスイツチの開放時の端子
電圧を均一化している。トランジスタスイツチの
閉路時には３オーム以下の小さな値を示すが、引
出線などの残留インダクタンスが10nH以上存在
する。このため、並列保護抵抗８1〜８Nを使用す
るのみでは、波形に凸凹が出て、非常に悪くなつ
てしまう。 そこで本発明では、積極的にコンデンサを入れ
て低域瀘波器の構造として、等価リアクタンスの
影響を除くこととした。 今、トランジスタの等価リアクタンスをLp、等
価抵抗をrpとし、開放時の等価容量をCpとする
と、これらを直列にしたものをトランジスタと等
価と考えられる、第３図のように、このトランジ
スタの両端にコンデンサC1を接続して低域瀘波
器の形とする。スイツチの閉路時にはスイツチＳ
でCpが短絡されると考える。実験に使用したトラ
ンジスタの諸特性は下表のとおりであつた（以後
rpの影響は無視して述べる）。 等価抵抗３オーム以下
【表】
そこで入出力抵抗をRLとし、遮断角周波数を
ωcとすれば （RL）2＝Lp／C1（２−ωc2・Lp・C1） となるから、ωc2・Lp・C1＝１と選べば（RL）2＝
Lp／C1となりRL＝50Ω、Lp＝13nHのときC1＝
5.2PＦとなる。このとき遅延時間τは τ＝√p 1 からτ＝0.26ナノ秒となり要求に対して充分な値
である。 試作では、単位ユニツト当りの定数を上記の値
とし、高電圧用に20個のユニツトを直列とした。
このときトランジスタとしては、特性の一致した
ものを選ぶ必要がある。20ユニツトでは10kV以
上の印加電圧に耐えられる。この場合にスイツチ
を閉じるためのトリガー電圧は全部のトランジス
タに加える必要はなく下部の２〜３個のベース電
極に数百ボルトのトリガーパルス１０1，１０2を
加えると将棋倒しに全部のトランジスタスイツチ
が閉じられる。この実験によつて、立上りは１ナ
ノ秒前後で、パルス幅10ナノ秒以下、振幅数千ボ
ルトが得られた。なお９1，９2はトリガーの保護
用ダイオードである。 以上述べた如く、本発明を実施すれば非常に立
上り時間の短い尖鋭で高電圧のパルスが容易に得
られる。特徴を列記すれば次のとおりである。 １ 全固体化で小形安価に製作できる。 ２ 立上り時間の短い、尖鋭なパルスが得られ
る。 ３ 実験によれば、パルス頭部の平担度がよい。 ４ 10kV程度の高電圧パルスも容易に得られる。 ５ 真空管方式の場合のように、よけいなヒータ
電源などが不要である。 本発明のパルス発生回路は、尖鋭なパルスを必
要とするあらゆる方面に使用できるが、一例とし
て、ブルームライン回路を使用する窒素レーザ装
置の概略図を第４図に示す。前述の如く窒素レー
ザでは数ナノ秒のパルスで励振する必要があるの
で、本発明のパルス発生器は好適である。図にお
いて１１1および１１2は主放電電極、１３1と１
３2はコンデンサ、１２は充電用高インピーダン
ス素子で、他は第２図と同じである。この場合は
１３2のコンデンサの充電電荷をトランジスタス
イツチ回路で迅速に放電して、尖鋭なパルスを発
生させている。なおこの場合にはトランジスタス
イツチ回路の終端は短絡してコンデンサ電荷を充
分放電するようにしている。 この他に、トランジスタスイツチ回路として、
モード同期レーザ光のスイツチング、Ｑスイツチ
レーザのスイツチ素子や加速器のグリツドパルサ
などにも応用される。
ωcとすれば （RL）2＝Lp／C1（２−ωc2・Lp・C1） となるから、ωc2・Lp・C1＝１と選べば（RL）2＝
Lp／C1となりRL＝50Ω、Lp＝13nHのときC1＝
5.2PＦとなる。このとき遅延時間τは τ＝√p 1 からτ＝0.26ナノ秒となり要求に対して充分な値
である。 試作では、単位ユニツト当りの定数を上記の値
とし、高電圧用に20個のユニツトを直列とした。
このときトランジスタとしては、特性の一致した
ものを選ぶ必要がある。20ユニツトでは10kV以
上の印加電圧に耐えられる。この場合にスイツチ
を閉じるためのトリガー電圧は全部のトランジス
タに加える必要はなく下部の２〜３個のベース電
極に数百ボルトのトリガーパルス１０1，１０2を
加えると将棋倒しに全部のトランジスタスイツチ
が閉じられる。この実験によつて、立上りは１ナ
ノ秒前後で、パルス幅10ナノ秒以下、振幅数千ボ
ルトが得られた。なお９1，９2はトリガーの保護
用ダイオードである。 以上述べた如く、本発明を実施すれば非常に立
上り時間の短い尖鋭で高電圧のパルスが容易に得
られる。特徴を列記すれば次のとおりである。 １ 全固体化で小形安価に製作できる。 ２ 立上り時間の短い、尖鋭なパルスが得られ
る。 ３ 実験によれば、パルス頭部の平担度がよい。 ４ 10kV程度の高電圧パルスも容易に得られる。 ５ 真空管方式の場合のように、よけいなヒータ
電源などが不要である。 本発明のパルス発生回路は、尖鋭なパルスを必
要とするあらゆる方面に使用できるが、一例とし
て、ブルームライン回路を使用する窒素レーザ装
置の概略図を第４図に示す。前述の如く窒素レー
ザでは数ナノ秒のパルスで励振する必要があるの
で、本発明のパルス発生器は好適である。図にお
いて１１1および１１2は主放電電極、１３1と１
３2はコンデンサ、１２は充電用高インピーダン
ス素子で、他は第２図と同じである。この場合は
１３2のコンデンサの充電電荷をトランジスタス
イツチ回路で迅速に放電して、尖鋭なパルスを発
生させている。なおこの場合にはトランジスタス
イツチ回路の終端は短絡してコンデンサ電荷を充
分放電するようにしている。 この他に、トランジスタスイツチ回路として、
モード同期レーザ光のスイツチング、Ｑスイツチ
レーザのスイツチ素子や加速器のグリツドパルサ
などにも応用される。
第１図は本発明の基本説明図、第２図は実施
例、第３図はトランジスタスイツチ回路１単位の
等価回路、第４図は本発明をブルームライン回路
式窒素レーザ装置への使用例を示す。 １は伝送ライン、２はスイツチ、３は負荷、４
は電源、５は充電用高抵抗器、６1，６2……６N
はＮ個の各ユニツトのトランジスタ、７1，７2…
…７N+1は瀘波器回路用コンデンサ、８1，８2…
…８Nは均一化用高抵抗器、９1，９2，９3は保護
用ダイオード、１０1，１０2，１０3は起動用ト
リガーパルス、１１1，１１2は主放電電極、１２
は充電用高インピーダンス素子、１３1，１３2は
充電用コンデンサ。
例、第３図はトランジスタスイツチ回路１単位の
等価回路、第４図は本発明をブルームライン回路
式窒素レーザ装置への使用例を示す。 １は伝送ライン、２はスイツチ、３は負荷、４
は電源、５は充電用高抵抗器、６1，６2……６N
はＮ個の各ユニツトのトランジスタ、７1，７2…
…７N+1は瀘波器回路用コンデンサ、８1，８2…
…８Nは均一化用高抵抗器、９1，９2，９3は保護
用ダイオード、１０1，１０2，１０3は起動用ト
リガーパルス、１１1，１１2は主放電電極、１２
は充電用高インピーダンス素子、１３1，１３2は
充電用コンデンサ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 電源回路より高抵抗器を介して波形整形回路
に高電圧を供給し、これと並列にスイツチ回路を
経て負荷回路に接続するパルス発生回路におい
て、 該スイツチ回路として、２個のコンデンサの間
を１個のトランジスタのコレクタ電極およびエミ
ツタ電極で結び、高抵抗器を該トランジスタと並
列に接続したものを１単位として、その複数単位
を同一方向に直列に接続し、トランジスタの等価
インダクタンスと該コンデンサによつて低域濾波
特性を持たせ、その単位の全部または負荷回路側
下部の数単位のトランジスタのベース電極にトリ
ガー信号を印加する如くし、トリガー信号を加え
ない単位のトランジスタでは、ベース電極をエミ
ツタ電極またはコレクタ電極に接続し、トリガー
信号の印加によつて、雪崩現象により全単位のト
ランジスタを通電状態としてパルスを発生させる
固体化パルス発生回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14228083A JPS6032426A (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 固体化パルス発生回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14228083A JPS6032426A (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 固体化パルス発生回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6032426A JPS6032426A (ja) | 1985-02-19 |
| JPH0215135B2 true JPH0215135B2 (ja) | 1990-04-11 |
Family
ID=15311687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14228083A Granted JPS6032426A (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 固体化パルス発生回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6032426A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03114238U (ja) * | 1990-03-06 | 1991-11-22 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63149635U (ja) * | 1987-03-23 | 1988-10-03 |
-
1983
- 1983-08-03 JP JP14228083A patent/JPS6032426A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03114238U (ja) * | 1990-03-06 | 1991-11-22 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6032426A (ja) | 1985-02-19 |
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