1.总体设计
扫描声显微镜(SAM)和超声显微镜,采用频率大于20 MHz的超声换能器,是一种能够高分辨率检测样品表面和内部结构的无损检测仪器。为了达到亚微米的分辨率,人们开发了更高频率的超声换能器。发射电路系统是超声显微的核心部分之一,它决定着换能器能否产生有效的超声信号。本文设计了一种用于高频超声换能器激励的SAM和超声显微发射电路系统。该系统采用雪崩三极管和Marx拓扑结构来减少边缘时间,增加超声激励信号的带宽。同时设计了一个脉冲形成网络,在输出端获取一个高压正负窄脉冲。基于三极管的雪崩效应,应用Marx的级联结构,设计一个五级级联的Marx雪崩电路,总体的设计框图,如图1所示。
图1 基于雪崩三极管发射模块总体框图
图2 单管雪崩原理分析
如图2所示,单管雪崩电路的基本电路、工作点的变化及实际的输出波形。当单管雪崩电路工作时,雪崩晶体管处于临界雪崩状态,同时基级静态电流约等于0,此时单管雪崩电路的静态工作点为Q点。当在基级端输入一个触发信号时,基级电流变化,静态工作点由Q点移动到A点,但是A点处在曲线处表现为负电阻特性,不能稳定保持,产生雪崩效应,故工作点由A点到B点,此时流过晶体管的电流极大,所以在输出端可以得到一个及窄的前沿,同时其后沿的由线路上的阻容决定,前沿时间由雪崩晶体管的本质频率决定。
3.电路实现图3 五级雪崩电路实现
测试条件:RIGOL DS4012 数字示波器,等效采样率4GSa/s,模拟带宽100MHz,输出端接30dB衰减,负载阻抗50Ω。
测试结果的表明五级雪崩负脉宽激发性能,输出电压约为200Vpp。
3.2 高压正负脉冲输出测试数据测试条件:RIGOL DS4012 数字示波器,等效采样率4GSa/s,模拟带宽100MHz,输出端接30dB衰减,负载阻抗50Ω。
测试结果的表明五级雪崩正负脉宽激发性能,输出电压200Vpp。
4 总结
采用雪崩电路组成的高压脉冲生成电路,可以支持高压正负窄脉冲激发。但是脉冲激励和换能器之间需要进行匹配设计,以满足激发和换能器之间的最大功率传输,可能采用的匹配方式是单向感性匹配或是变压器耦合,现在的输出脉冲信号的前沿脉宽受到选择晶体管的本征频率的限制,可以考虑采用本振频率更高的晶体管实现超高压窄脉冲输出。
作者: YELL, 来源:面包板社区
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seudol 2023-4-25 02:31
北山独狼 2022-4-15 08:55