脉宽可调的高压方波发生器和高压方波发生方法
技术
[0001]本发明涉及一种高压方波发生器和发生方法，特别是一种适用于增强器阴极门控制信号和紧凑方法和紧凑型电路。
【背景技术】
[0002]像增强器具有很高的增益，可以将微弱的光信号增强到适合人眼观察或图像传感器记录的亮度。像增强器主要由光阴极组成，MCPWicrochannelPlate，由微通道板)和荧光屏组成。例如，通过应用阴极门控制信号，增强器提高了分辨率和灵敏度，并将其应用范围扩展到国防安全、工业、科研、医疗等领域。阴极门控像增强器只在阴极门控脉冲低时工作，门控脉冲高时待机。一方面可以适应高亮度环境下的成像，降低设备功耗；另一方面，瞬态图像可以通过极窄的门控脉冲捕获，从而实现科研实验中所需的高速摄影或选择成像。门控脉冲应用于像增强器一样的光阴极，门控可以获得更高的效率。其阴极门控脉冲信号的宽度决定了成像系统的时间分辨率，光阴极正常工作时需要应用约200V待机时需施加负电压50V因此，相应的门控脉冲在正电压范围内 50V至-200V高压高速脉冲，高压脉冲应具有快前沿和快后沿，输入脉冲宽度可调节门控高压脉冲发生器的输出脉冲宽度。
[0003]雪崩三极管(吴侃、邵冲、李新碗)常用于现有门控脉冲的生产.研究雪崩三极管电路产生高压负脉冲技术.电子技术，2009，46)，雪崩二极管结合三极管(蔡厚智、刘金元、超快脉冲电路的开发应用.201年深圳大学申请工版.01)和MOSFET (杜继业，宋岩，罗通顶，郭明安.脉冲发生器高速选择.2013年现代应用物理.09;刘春平，李爽，李景镇，一种用于高速摄影仪的快门脉冲发生器.2013年深圳大学申请工版.02)三种方式。雪崩管的实现可以产生较快的前后沿和较小的脉宽，但脉宽由电容或电缆长度调节，不能触发脉冲调节；现有的MOSFET实现方法可产生高重频脉冲和脉冲宽度控制调节的优点，但脉冲宽度调节有限，前后沿慢，最小脉冲宽度大，需要外部高压电源，体积大，重复频率低。
发明内容
[0004]为了解决现有高压方波发生器不受触发脉冲调节或脉冲宽度调节限制的技术问题，本发明公布了基于脉冲宽度调节的高压方波发生器和高压方波发生方法。
本发明的技术解决方案为：
[0006]-脉宽可调的高压方波发生器，包括触发输入单元、电源输入单元、高压脉冲成形单元和驱动单元，其特点是：
[0007]所述高压脉冲成形单元包括MOSFET推挽电路，所述MOSFET推拉电路包括高压端电路和低压端电路。高压端电路的入口设置有高压端耦合电容器，用于与驱动信号耦合和高压隔离。
驱动单元利用触发输入单元的输出信号加速高压端电路MOSFET管道截止时的中压驱动信号Q4.在高压端电路中维护MOSFET管道截止时的中压驱动信号Q2高压端电路中MOSFET管道中压驱动信号Q6 ;在低压端电路中加速MOSFET管导通的中压驱动信号Q3、维持低压端电路中的MOSFET管导通的中压驱动信号Q在低压端电路中MOSFET管道中压驱动信号Q5，
[0009]Q4连接到高压端电容器的一端，Q2和Q6连接到高压端电容器的另一端，
[0010]Q连接到低压端电容器的另一端，Q1和Q5连接器在低压端电容器的另一端。
[0011]以上为本发明的基本方案，基于该基本方案，本发明还做出以下优化限定:
高压脉冲成形单元的驱动单元包括初级驱动信号生成单元和次级驱动信号生成单元，以获得更快的前后沿；
[0013]主驱动信号生成单元包括8通道缓冲电路、单稳态电路和缓冲电路，8通道缓冲电路将触发信号分为8路，输出8路TTL脉冲宽度路用于脉冲宽度扩宽和延迟，缓冲电路用于增加输出电流；
[0014]8路TTL信号中的两个信号S1、S2由触发信号直接倒相，8路TTL另外三个信号中的信号前沿使用单稳态电路形成前沿脉冲S3、后沿脉冲S4及S7，S3的前沿与S4及S7后缘对齐，S4及S7的前沿与触发信号的前沿对齐；8路TTL信号中其他三个信号的后沿使用单稳态电路形成前沿脉冲S5、S8及后沿脉冲S6，S5及S8的前沿与触发脉冲的后延对齐，S6的前沿与S5及S8后缘对齐；
[0015]次级驱动信号生成单元包括2路推拉电路和4路单管MOSFET开关电路；S1、S2、S7、S直接输出到4路单管MOSFET开关电路分别生产维持低压端电路MOSFET管导通的中压驱动信号Q1.在高压端电路中MOSFET管道截止时的中压驱动信号Q在低压端电路中MOSFET管道中压驱动信号Q在高压端电路中MOSFET管道中压驱动信号Q6 ;S3、S输出到推拉电路，加速低压端电路MOSFET管导通的中压驱动信号Q3，S5、S输出至推拉电路，加速高压端电路MOSFET管道截止时的中压驱动信号Q4。
[0016]为了实现电源的紧凑型和小型化，本发明的电源输入单元包括12个V直流电源和DC/DC电路，所述DC/DC电路用于将12V将直流电源转换为5V、50V、-200V5.V直流电源输送到主驱动产生电路，50V直流电源和-200V二次驱动产生单元产生电路和高压脉冲成形单元供电的直流电源。
[0017]进一步，本发明DC/DC电路包括二次电源调整电路、偏压产生电路和高压产生电路，分别用于将12V将直流电源转换为5V、50V、-200V直流电源。
[0018]此外，为了实现设备的小型化，本发明的高压方波发生器设置在三层电路板上，一层电路板设计为四层，顶层电源输入单元和另外两层DC-DC电路板中间为电源分层和地面，底层为初级驱动产生单元、次级驱动产生单元和高压脉冲成形单元。
此外，8通道缓冲电路为非门电路。
[0020]此外，触发输入单元包括外部触发接口和匹配电路；连接计算机或信号源的外部触发接口；输入触发信号的匹配电路。
种脉宽可调的紧凑型高压方波发生方法，其特点在于：包括以下步骤：
触发输入：
[0023]输入具有一定脉冲宽度的外部触发信号；
[0024]2)产生初级驱动信号S1-S8:
使用D触发器将外部触发信号转换为8路TTL脉冲信号作为初级驱动信号，
[0026]8路TTL脉冲信号中的两个信号S1、S2由触发信号直接倒转，8路TTL另外三个信号使用触发信号的前沿形成前沿脉冲S3、后沿脉冲S4、S7，S3的前沿与S4及S7后缘对齐，S4及S7的前沿与触发信号的前沿对齐；8路TTL其余三个信号在触发信号的后沿形成前沿脉冲S5、S8及后沿脉冲S6，S5及S8的前沿与触发脉冲的后延对齐，S6的前沿与S5及S8后缘对齐；
[0027]3)产生次级驱动信号Q1-Q6:
第一路信号[0028]S1经过P通道MOSFET管开关电路产生中压驱动信号Q1.用于维持低压端电路MOSFET管的导通，Q1与S1时序相同，只通过P通道MOSFET管开关电路增加了驱动功率，增加了电压和电流；
第二路信号[0029]S2经过N通道MOSFET管开关电路产生中压驱动信号Q2.用于维护高压端电路MOSFET管的截止，Q2与S2时序相同，只通过N通道MOSFET管开关电路增加了驱动功率，增加了电压和电流；
第三路信号[0030]S三、四路信号S4经过MOSFET由管道组成的推拉电路产生中压驱动信号Q3，用于加速低压端电路中的MOSFET管的导通，Q3是S3与S4驱动经过MOSFET由管道组成的推挽电路产生的信号增加了功率，加速了上升和下降，Q3的宽度等于S4开，S3关；
第五路信号[0031]S五、六路信号S6经过MOSFET对管构成的推挽电路产生中压驱动信号Q4.用于高压端电路MOSFET管的截止，Q4是S5与S6驱动经过MOSFET由管道组成的推挽电路产生的信号也增加了功率，加速了上升和下降的边缘，Q4的宽度等于S5开，S6关；
第七路信号[0032]S7经过P通道MOSFET管开关电路产生高压驱动信号Q5 ；Q5与S7时序相同，只通过P通道MOSFET管开关电路增加了驱动功率，增加了电压和电流；
[0033]第八路信号S8经过N通道MOSFET管开关电路产生中压驱动信号Q6 ;Q6与S8时序相同，只通过N通道MOSFET管开关电路增加了驱动功率，增加了电压和电流；
高速高压脉冲成型：
次级驱动信号[0035]Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q具体步骤如下：
[0036]4.1)高速高压增强MOSFET构成高速高压推挽电路；
[0037]4.2)中压驱动信号Q4中压驱动信号连接到高速高压推拉电路高压端耦合电容的一端Q2和Q6连接高速高压推拉电路高压端耦合电容的另一端；中压驱动信号Q3.高速高压推挽电路低压端耦合电容器