TEL: 13824700075

脉冲高压发生器的制作(脉冲高压发生器原理)

May,22,2022 << Return list

实验目的

自制一个上升时间快至 2 纳秒的快速边沿脉冲发生器。

实验原理

基于施密特触发器的方波电路 一文中我们学习了如何使用施密特触发器(Schmitt Trigger Inverter)芯片制作一个简单的方波发生器。

该电路使用的施密特触发器芯片型号为:SN74HC14, 该电路的频率为 4.4 kHz:

自制快速边沿脉冲发生器

SN74HC14 方波频率为 4.4 kHz

放大波形后, 可以看到该信号的上升时间为 3.6 纳秒:

自制快速边沿脉冲发生器

SN74HC14 方波上升沿 3.6 纳秒

这已经很不错了,但强中自有强中手,一山更比一山高,还有一种施密特触发器芯片,也就是 74AC14 系列施密特触发器芯片,其上升时间可达 2 纳秒左右。

SN74HC14 数据手册中给出的典型传播延迟(Propagation Delay)为 12 纳秒, 典型变换时间(Transition-time)为 8 纳秒。

自制快速边沿脉冲发生器

SN74HC14 传播延迟 12 纳秒

SN74AC14 数据手册中给出的电源电压为 5 伏时的典型传播延迟(取tPLH、tPHL 两者中的最大值)5纳秒:

自制快速边沿脉冲发生器

SN74AC14 传播延迟 5 纳秒

74HC14 系列芯片的传播延迟一个为 12 纳秒,74AC14 系列芯片的传播延迟为 5 纳秒,虽然传播延迟不等于上升时间,但从这个参数可以看出,74AC14 要比 74HC14 速度快。

今天,我们使用 74AC14 系列芯片制作一个上升沿可达 2 纳秒的方波电路。

实验电路

自制快速边沿脉冲发生器

快速边沿脉冲发生器电路

R1 和 C1 还有 74AC14 的一路反相器构成典型的施密特触发器方波电路,生成方波,频率为 2.9 kHz 左右,这里我们不大关心频率,高一些低一些都可以,我们关心的是上升沿速度。方波信号然后输入到 74AC14 剩下的五路反相器中,5路 220 Ω 电阻并联,提供一个 50 Ω 左右的输出阻抗,可以用来较好的驱动 50 Ω左右的负载。

完整的原理图和 PCB 我把它开源在了:https://gitee.com/feiduo-school/fast-edge-pulse-generator,可去下载。

实验器材

  • 快速边沿脉冲发生器小板
  • 公对公 BNC 转接头
  • 支持 10 纳秒或更小时基的示波器一台
  • 5 V 直流电源

没有购买到直插的 DIP-14 封装的 74AC14, 买了贴片的 SOIC-14 封装的 SN74AC14DR, 立创商城上 2.16 元一个。

画了个小板,薅了一把嘉立创的羊毛,PCB 费用0元,打样回来,自己买件焊接完如下:

自制快速边沿脉冲发生器

快速边沿脉冲发生器 PCB

小板上的 BNC 是母头的,示波器的 BNC 插座也是母头的,需要一个公对公 BNC 转接头,某宝上 2 元一个:

自制快速边沿脉冲发生器

公对公 BNC 转接头

实验步骤

把小板插到示波器上,需要一个公对公 BNC 转接头,上电,可以看到波形的频率为 2.9 kHz:

自制快速边沿脉冲发生器

实验场景

放大后可以看到上升沿为 2 纳秒:

自制快速边沿脉冲发生器

上升时间达到 2 纳秒

波形上有振铃,对我们来说不是坏事。因为我们可以利用这个快速脉冲发生器来测量电线或导线的长度,甚至可以用来测量光速,波形上的振铃有利于我们设别反射回来的波形。我们下个实验见。

推荐新闻 more+
电话:

13824700075

邮箱:

429898226@qq.com