标签: 高频激发

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 2.原理分析 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 3. 测试结果 3.1 高压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 50 Ω。 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 50 Ω。 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。