《测控技术与仪器毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《测控技术与仪器毕业论文（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、深 圳 大 学本 科 毕 业 论 文（设计）题目: 频率可调的快速方波电脉冲发生器 姓名: 专业: 测控技术与仪器 学院: 光电工程学院 学号: 2008170085 指导教师: 职称： 研究员 2012年 4 月 15 日 深圳大学本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目X射线复合折射镜的制作 是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。除此之外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明的法律结果。 毕业论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日目
2、录摘要4一、前言4二、设计应用与指标5三、总体结构6四、各模块电路分析6（一）内触发振荡电路7（二）手动按键触发9（三）触发方式选择电路9（四）单稳态多谐振荡器10 (五)快速触发信号产生电路12 （六）可调延迟线 （七）方波成形电路 （八）低压稳压电源电路 （九）高压稳压电源电路五、全文总结和建议16（一）总结16（二）给实际研究方案的建议16致谢16参考文献17Abstract17摘要本文对基于绝缘薄膜开关的方波脉冲发生器的设计及整体结构作了较详细的介绍, 并分析了方波发生器放电回路杂散参数对方波前沿的影响。整机可产生幅值115 8kV、前沿小于115ns、脉宽40ns 的方波脉冲。关键词
3、: 薄膜开关; 高电压; 方波发生器一、前言 脉冲信号是一种离散信号，形状多种多样，与普通模拟信号（如正弦波）相比，波形之间在时间轴不连续（波形与波形之间有明显的间隔）但具有一定的周期性是它的特点。最常见的脉冲波是矩形波（也就是方波）。脉冲信号可以用来表示信息，也可以用来作为载波，比如脉冲调制中的脉冲编码调制（PCM），脉冲宽度调制（PWM）等等，还可以作为各种数字电路、高性能芯片的时钟信号。 所谓脉冲信号表现在平面坐标上就是一条有无数断点的曲线,也就是说在周期性的一些地方点的极限不存在,比如锯齿波,也有电脑里用到的数字电路的信号,0,1。脉冲信号,也就是像脉搏跳动这样的信号，相对于直流，断续
4、的信号，如果用水流形容，直流就是把龙头一直开着淌水，脉冲就是不停的开关龙头形成水脉冲。 你把手电打开灯亮，这是直流，你不停的开关灯亮、熄，就形成了脉冲，开关速度的快慢就是脉冲频率的高低。二、设计应用与指标随着科学技术的发展, 在许多科学研究领域和军事技术中, 脉冲前沿在纳秒一级的脉冲技术得到广泛应用, 如核物理和电子导弹的研究及电磁脉冲的测量等, 这就需要对脉冲进行准确测量。在高电压技术中, 快速变化的电压和电流波形的测量特别困难, 一般采用分压器和分流器等。但要准确测量, 就要求测量系统必须具有良好的方波响应, 否则会因响应特性不好造成误差和波形失真等。方波响应的测定一般利用方波发生器。目前
5、大多采用汞润开关作为方波发生器的开关元件工。这种方波易于产生, 但由于汞润开关耐压较低, 方波电压幅值只有一。如果用这样的方波作为方波响应的信号源, 测量系统的输出信号很微弱, 且易受外界干扰, 测量系统的响应时间就难以准确测量。而高压方波响应实验中, 测量系统的输出电压较高, 高压方波又比较接近实际情况, 提高了方波响应的可信度。因此, 采用高压方波要优于低压方波。方波响应测定时, 要求方波的上升时间应小于测量系统所要求的响应时间的五分之一。因此, 对于上升前沿为几纳秒、几十纳秒的高压陡波的测量系统来说, 就需要一种新型的高压亚纳秒前沿的方波来测定其响应特性。 本文研究的频率可调快速方波电脉
6、冲发生器是根据传输线原理, 通过高压放电管对欧姆负载放电而制作的。它生成的方波电脉冲频率可调分别为10HZ、100HZ、1kHZ、10kHZ和100kHZ五档， 幅度50v，前后沿小于300ps。由它产生的矩形脉冲不仅幅值较高, 而且方波脉冲宽度可调并上升前沿要优于一些高压方波。它经常用于高速设备中的“开门”脉冲和其他要求快速触发的设备，如高速示波器，还可以用于高压脉冲测量系统的方波响应, 还可通过变换充放电回路参数和脉冲放电管, 得到不同脉宽和幅值的矩形脉冲, 可用于雷达、电磁干扰等方面的研究。三 系统整体结1. 内触发振荡电路该电路由一片集成运放电路芯片和一些外围的电阻电容原件构成多谐振荡
7、器，振荡频率可调，分为10HZ、100HZ、1kHZ、10kHZ和100kHZ五档可调，且每一档可微调；输出信号幅度为5v，用来提供内触发方式时的内触发信号。2. 手动按键 由常开按钮按键和一些电容电阻组成。按键每按下一次输出一个正向脉冲，用作手动单次触发时的手动触发信号。3. 外部触发信号接口 本系统提供一路外触发信号输入接口，该接口为SMA接头，并通过同轴电缆输入系统内部。4. 触发方式选择电路 该电路由单刀多掷开关实现；功能是从内触发方式，手动单次触发方式和外部信号触发方式中选择一种为系统提供触发信号。输出的触发信号的频率和幅度与所选择的触发方式提供的信号一致。5. 单稳态多谐振荡电路该
8、电路由74HC123和一些电容电阻组成单稳态多谐振荡器。功能是接受触发信号后输出脉宽和幅度不变的脉冲信号，其宽度由电容和电容的参数值决定。触发信号由触发方式选择电路输出。6. 快速触发信号产生电路该电路由二极管、快速三极管和一些电容电感电阻原件构成。其功能为产生两路快前沿脉冲信号：一路为10V的负脉冲信号经过可调延迟线后去触发系统的方波成形电路；另一路为正脉冲经SMA接头输出给外部设备使用。7. 可调延迟线由八个双刀双掷开关和同轴线串联而成，共分0.1ns、0.2ns、0.4ns、0.8ns、1.6ns、3.2ns、6.4ns、12.8ns八个延迟档可供累加调节。用于将快速触发信号产生电路产生
9、的负脉冲进行一定的延时后输出给方波成形电路。8. 方波成形电路该电路由耦合电感电容电阻三极管元件及充电线组成。耦合电感可以耦合信号过滤低频选择高频信号，再配合充电线产生脉宽可调的快速方波。快速方波的幅度为50V，前后沿小于300PS，脉冲宽度由充电线的长度决定。9. 低压稳压电源电路本电路主要由一些三极管二极管以及若干电容电阻元件组成。其功能是为内触发震荡电路提供低压，使当选择内触发方式时生成内触发信号。同时也给单稳态多谐振荡器提供低压，生成脉宽和幅度不变的脉冲信号。10. 高压稳压电源电路本电路主要由LM7815、LM7812、LM7805、LM7915、LM912和一些二极管及电容电阻元件
10、组成。功能是为快速触发信号电路提供高压，使从单稳态多路振荡生成的脉冲信号经快速触发信号产生电路产生两路快前沿脉冲信号；以及为方波成形电路提供高压，使从可调延迟线生成的负脉冲经过方波成形电路产生最终需要的方波。 四、各模块电路分析本章分别对本设计“频率可调的快速方波脉冲发生器”主要的九个模块电路进行具体分析。主要展示它们的电路图和阐述它们的内部工作原理，以及关键元件的介绍和特性。（一） 内触发振荡电路首先我们来分析一下内触发振荡电路的工作原理，首先来看一下电路整体架构，电路整体是由一片集成运放和另外的一些阻容元件构成的。因为电路工作在振荡状态，所以说集成运放也就工作在了非线性状态，也就是它的输出
11、脚7脚输出的电平要么为电源电压，要么为0V，就这两个状态。所以咱们可以通过这两个状态分别来考察一下整体电路的工作原理。首先来分析一下，如果输出脚为高电平时电路的状态，因为7脚这时为高电平5V，那么电阻R5的右端就相当于接到了电源电压上，也就是5V。而R4也是连接到5V上的，所以R4和R5就相当于并联在了一起，然后它们又和R6串联，进行分压，把分压的电压也就是R6右端输出的电压加到了集成运放的正输出脚2脚。这个电压值是多少呢？从通过分压的电路结构可以计算出来，R4与R5并联，两个15K并联也就是7.5K，而R6是15K（相当于7.5K的两倍），所以说2脚的电压值就是2/3的电源电压，即10/3
12、V。而这个时候集成运放3脚的电压是多少呢？因为这是3脚连接到了接地的电容上，那么集成运放的输出脚7脚就会通过100K的可变电阻和8.2K的R2向连接到3脚的电容进行充电。只要这个电容的电压被充到了比正向输入脚的2脚的电压值略高一点时候，那么集成运放7脚的输出电压就会跳转，由正电压跳转到0V，即由5V跳转到0V。这个时候电路的结构又发生变化了，此时7脚输出的是0V，那么电阻R5的右端就相当于连接到了地，这时再看电路结构，即相当于R5和R6同时接地，并联。R4是接电源电压5V的，所以说R4（15K）和R5、R6的并联电阻（7.5K）是串联在一起进行分压的。这个时候集成用放的输入脚2脚的电压值是1/
13、3的电源电压，即5/3 V。这时再考察集成用放的反向输入脚3脚，因为之前3脚电压已经被充到2/3的电源电压，这时比正向输入端2脚的电压高，所以它会经过R2和100K的可变电阻对集成运放的输出脚7脚进行放电。放电过程中它的电压会下降，只要此电压下降到略小于正向输出端2脚的电压时，7脚的电压状态又发生一次跳转，变成5V（约等于电源电压）。此时电路结构又回到了第一种状态（输出为高电平）。如此反复电路就进入到了一种反复振荡的过程，7脚不断地输出高低高低的电平，这就是整个电路的工作原理。其中R3我们是需要注意的，因为我们要考察到集成运放311的具体的电路结构了，打开它的数据手册，我们可以看到因为它的输出
14、端7脚是内部电路输出晶体管的集电极，所以它是一个集电极开路输出端，它要驱动外部电路就必须加上上拉电阻，则R3就是此上拉电阻，提供一个电源通路。既然此电路是振荡电路，那就是频率可调的，那么就讲讲它的原理。集成运放的反向输入脚3脚连接到了一个对立的电容上，而此电容我们可以选择5种不同容值的电容（102P,103P,104P,105P,106P）来代替。同时100K的可变电阻的阻值是可以变化的，这样当电路在振荡过程中，电容和电阻在充放电的速度就会因为阻值和电容值的不同而发生变化，因为充电电路中的电阻值和被充电电容的容值是可以改变的，导致了整个电路的振荡频率是可变的，这就是它的调频原理。（二）手动按键触发接下来我们说一下手动按键触发的电路结构和工作原理。首先它是由一个连接到5V的10M的电阻R9、一个对地的0.001的电容C9和一个对地的390欧的电阻R10，再加上一个常开的按钮按键构成的。在平时状态下，按键两端常开是不连接的，那么电容C9就会经电阻R9被充电。那么一旦按钮按键按下去时，电容就会与电阻R10接通，对它放电产生一个脉冲，作为一路触发信号来触发单稳态多谐振荡电路。（三）触
