一种基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器
阅读：317发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器，主要包括高压直流电源、 信号 发生模 块 、Marx发生器M1、Marx发生器M2、光电转换 电路 、驱动芯片、 电阻 R1、电阻R2和负载R3。本 专利 提供了一种通过两路Marx发生器相切的原理来产生在高阻抗下脉宽最小能达到10ns的纳秒脉冲。，下面是一种基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器专利的具体信息内容。
1.一种基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器，其特征在于：主要包括高压直流电源、信号发生模块、Marx发生器M1、Marx发生器M2、光电转换电路、驱动芯片、电阻R1、电阻R2和负载R3。
所述高压直流电源为Marx发生器M1、Marx发生器M2和负载供电；
所述信号发生模块产生TTL电信号，并发送至光电转换电路；所述光电转换电路主要包括光纤接收器和光纤发射器；
所述光纤发射器将TTL电信号转换为光信号，并发送至光纤接收器；
所述光纤接收器将光信号还原为TTL电信号，并将TTL电信号发送至驱动芯片，使驱动芯片产生开关驱动信号；所述驱动芯片根据开关驱动信号控制Marx发生器M1和Marx发生器M2中开关管的通断；
所述Marx发生器M1并联电阻R1；
所述Marx发生器M2并联电阻R2；
Marx发生器M1和Marx发生器M2在负载R3上相切产生脉宽和幅值可调的纳秒脉冲。
2.根据权利要求1或2所述的基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器，其特征在于：电阻R1和电阻R2的阻值相等。
3.根据权利要求1或2所述的基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器，其特征在于：还包括隔离电源模块；所述隔离电源模块为光电转换电路和驱动芯片供电。
4.根据权利要求1所述的基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器，其特征在于：负载R3以差分方式连接在Marx发生器M1和Marx发生器M2的输出端之间。
5.根据权利要求1所述的基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器，其特征在于：
Marx发生器M1和Marx发生器M2均由n级模块化Marx电路堆叠而成；任一个模块化Marx电路集成在PCB板上；n个PCB板之间采用铜柱连接；n为正整数；
任一个模块化Marx电路包括一个储能电容、两个二极管和一个半导体开关管；
Marx发生器M1中第i个模块化Marx电路如下所示：
二极管VD1-i1的阴极串联电容C1-i后连接二极管VD1-i2的阳极；
二极管VD1-i2的阴极串联半导体开关管S1-i的源极；半导体开关管S1-i的栅极悬空；半导体开关管S1-i的漏极串联二极管VD1-(i+1)1的阳极；
Marx发生器M1中第一个模块化Marx的二极管VD1-11的阳极串联电阻Rc1后连接高压直流电源；
Marx发生器M2中第i个模块化Marx电路如下所示：
二极管VD2-i1的阴极串联电容C2-i后连接二极管VD2-i2的阳极；
二极管VD2-i2的阴极串联半导体开关管S1-i的源极；半导体开关管S1-i的栅极悬空；半导体开关管S1-i的漏极串联二极管VD2-(i+1)1的阳极；
Marx发生器M2中第一个模块化Marx的二极管VD2-11的阳极串联电阻Rc2后连接高压直流电源；i＝1,2，…，n。
6.根据权利要求1所述的基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器，其特征在于：
Marx发生器M1和Marx发生器M2相连的一端接地。
7.根据权利要求1所述的基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器，其特征在于：当Marx发生器M1和Marx发生器M2处于充电状态时，Marx发生器M1和Marx发生器M2的所有半导体开关管关断，高压直流电源通过二极管VD1-i1和二极管VD1-i2对储能电容C1-i充电，通过二极管VD2-i1和二极管VD2-i2对储能电容C2-i充电；
Marx发生器M1和Marx发生器M2充电完成后，Marx发生器M1接收TTL电信号，使开关管S1-i导通；储能电容C1-i放电，并在电阻R1上输出电压幅值为 的正极性脉冲；
UC1-i为储能电容C1-i的充电电压；在延时tp时刻之后，Marx发生器M2接收TTL电信号，使开关管S2-i导通；储能电容C2-i放电，并在电阻R2上输出电压幅值为 的正极性脉冲；UC2-i为储能电容C2-i的充电电压；此时，Marx发生器M1和Marx发生器M2在负载R3上相切产生脉宽为tp的纳秒窄脉冲。
一种基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器
技术领域
背景技术
[0002] 近年来，随着脉冲功率技术的快速发展和应用的领域不断拓宽，脉冲发生器在生物医学、食品加工、电磁成形、等离子体研究等领域的需求有着良好的应用前景。目前针对于食品加工和处理的研究中，主要分为加热处理与非热处理，由于加热处理会影响食品的天然特性，所以，现在正大力发展非热处理技术。脉冲电场(PEF)技术是目前在非热处理中效果最好，最有工业前景的技术。而研究表明短脉冲能够起到有效杀菌的作用，并且当脉冲足够短时会引起新的生物化学效应。但是由于一般食品溶液都呈高阻态特性，目前使用的全固态脉冲源的脉宽几乎没有达到100ns以下，所以研制一台是脉冲宽度小于数十ns，具有很强的高阻抗负载适应性的全固态纳秒脉冲源对于食品处理的发展趋势有着重大意义。
[0003] 基于全固态半导体开关研制出来的高压脉冲源主要为Marx发生器、形成线脉冲源、直线型变压器驱动源(LTD)等。但是要产生灵活可调的并适用于高阻抗的纳秒窄脉冲，以上传统的全固态脉冲源都有其局限性。全固态Marx发生器由于受到开关驱动芯片的带宽和驱动功率的以及开关本身的动作特性限制，很难使得脉宽下到几十纳秒，并且在高阻抗下，由于放电回路时间常数较大，下降沿会有严重的拖尾，即使采用尾切开关缩短下降沿，但是由于需要考虑到尾切开关死区设置时间，也很难使得脉冲下降沿时间缩短到20ns以下。全固态LTD虽然能产生更快前沿和更窄脉冲，但是和Marx一样受到开关驱动和开关动作特性的限制，并且在高阻抗下也拥有严重拖尾，所以LTD适用于低阻抗大电流的应用。形成线虽然能产生窄脉冲，但是其需要阻抗匹配并且只能通过调节传输线长度来调节脉宽，调节不够灵活，适应性不强。
发明内容
[0004] 本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。
[0005] 为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器，主要包括高压直流电源、信号发生模块、Marx发生器M1、Marx发生器M2、光电转换电路、驱动芯片、电阻R1、电阻R2、负载R3和隔离电源模块。
[0006] 所述隔离电源模块为光电转换电路和驱动芯片供电。
[0007] 所述高压直流电源为Marx发生器M1、Marx发生器M2和负载供电。
[0008] 所述信号发生模块产生TTL电信号，并发送至光电转换电路。所述光电转换电路主要包括光纤接收器和光纤发射器。
[0009] 所述光纤发射器将TTL电信号转换为光信号，并发送至光纤接收器。
[0010] 所述光纤接收器将光信号还原为TTL电信号，并将TTL电信号发送至驱动芯片，使驱动芯片产生开关驱动信号。所述驱动芯片根据开关驱动信号控制Marx发生器M1和Marx发生器M2中开关管的通断。
[0011] 所述Marx发生器M1并联电阻R1。
[0012] 所述Marx发生器M2并联电阻R2。
[0013] 负载R3以差分方式连接在Marx发生器M1和Marx发生器M2的输出端之间。
[0014] Marx发生器M1和Marx发生器M2在负载R3上相切产生脉宽和幅值可调的纳秒脉冲。
[0015] Marx发生器M1和Marx发生器M2均由n级模块化Marx电路堆叠而成。任一个模块化Marx电路集成在PCB板上。n个PCB板之间采用铜柱连接。n为正整数。优选的，n＝7。
[0017] Marx发生器M1中第i个模块化Marx电路如下所示：
[0019] 二极管VD1-i2的阴极串联半导体开关管S1-i的源极。半导体开关管S1-i的栅极悬空。半导体开关管S1-i的漏极串联二极管VD1-(i+1)1的阳极。
[0020] Marx发生器M1中第一个模块化Marx的二极管VD1-11的阳极串联电阻Rc1后连接高压直流电源。
[0021] Marx发生器M2中第i个模块化Marx电路如下所示：
[0022] 二极管VD2-i1的阴极串联电容C2-i后连接二极管VD2-i2的阳极。
[0023] 二极管VD2-i2的阴极串联半导体开关管S1-i的源极。半导体开关管S1-i的栅极悬空。半导体开关管S1-i的漏极串联二极管VD2-(i+1)1的阳极。
[0024] Marx发生器M2中第一个模块化Marx的二极管VD2-11的阳极串联电阻Rc2后连接高压直流电源。i＝1,2，…，n。
[0025] Marx发生器M1和Marx发生器M2相连的一端接地。
[0026] 当Marx发生器M1和Marx发生器M2处于充电状态时，Marx发生器M1和Marx发生器M2的所有半导体开关管关断，高压直流电源通过二极管VD1-i1和二极管VD1-i2对储能电容C1-i充电，通过二极管VD2-i1和二极管VD2-i2对储能电容C2-i充电。
[0027] Marx发生器M1和Marx发生器M2充电完成后，Marx发生器M1接收TTL电信号，使开关管S1-i导通。储能电容C1-i放电，并在电阻R1上输出电压幅值为 的正极性脉冲。UC1-i为储能电容C1-i的充电电压。在延时tp时刻之后，Marx发生器M2接收TTL电信号，使开关管S2-i导通。储能电容C2-i放电，并在电阻R2上输出电压幅值为 的正极性脉冲。UC2-i为储能电容C2-i的充电电压。此时，Marx发生器M1和Marx发生器M2在负载R3上相切产生脉宽为tp的纳秒脉冲。
[0028] 本发明的技术效果是毋庸置疑的。本专利提供了一种通过两路Marx发生器相切的原理来产生在高阻抗下脉宽最小能达到10ns的纳秒脉冲。本发明提供的一种纳秒窄脉冲发生器体积小、全固态、高重频、脉冲的上升时间与下降时间都在10ns左右、脉冲宽度及脉冲幅值可以进行灵活调节。附图说明
[0029] 图1为双Marx相切基本原理图。
[0030] 图2为单路Marx电路工作图。
[0031] 图3为全固态双Marx相切电路拓扑图。
[0032] 图4为一个周期的脉冲形成时序图。
[0033] 图5为10ns脉宽不同幅值的电压波形。
[0034] 图6为20ns脉宽不同幅值的电压波形。
[0035] 图7为不同脉宽的输出电压波形。
具体实施方式
[0036] 下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
[0037] 实施例1：
[0038] 参见图1至图4，一种基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器，主要包括高压直流电源、信号发生模块、Marx发生器M1、Marx发生器M2、光电转换电路、驱动芯片、电阻R1、电阻R2、负载R3和隔离电源模块。
[0039] 所述隔离电源模块为光电转换电路和驱动芯片供电。
[0040] 所述高压直流电源为Marx发生器M1、Marx发生器M2和负载供电。
[0041] 所述信号发生模块产生TTL电信号，并发送至光电转换电路。所述光电转换电路主要包括光纤接收器和光纤发射器。
[0042] 所述光纤发射器将TTL电信号转换为光信号，并发送至光纤接收器。
[0043] 所述光纤接收器将光信号还原为TTL电信号，并将TTL电信号发送至驱动芯片，使驱动芯片产生开关驱动信号。所述驱动芯片根据开关驱动信号控制Marx发生器M1和Marx发生器M2中开关管的通断。
[0044] 所述Marx发生器M1并联电阻R1。
[0045] 所述Marx发生器M2并联电阻R2。
[0046] 负载R3差分方式连接在Marx发生器M1和Marx发生器M2的输出端之间。
[0047] Marx发生器M1和Marx发生器M2在负载R3上相切产生脉宽和幅值可调的纳秒短脉冲。短脉冲指脉冲的脉宽至多为纳秒量级。
[0048] Marx发生器M1和Marx发生器M2均由n级模块化Marx电路堆叠而成。任一个模块化Marx电路集成在PCB板上。n个PCB板之间采用铜柱连接。n为正整数。本实施例中，n＝7。i为模块化Marx电路序号，n为模块化Marx电路总数。
[0049] 任一个模块化Marx电路包括一个储能电容、两个二极管和一个半导体开关管。
[0050] Marx发生器M1中第i个模块化Marx电路如下所示：
[0051] 二极管VD1-i1的阴极串联电容C1-i后连接二极管VD1-i2的阳极。
[0052] 二极管VD1-i2的阴极串联半导体开关管S1-i的源极。半导体开关管S1-i的栅极悬空。半导体开关管S1-i的漏极串联二极管VD1-(i+1)1的阳极。
[0053] Marx发生器M1中第一个模块化Marx的二极管VD1-11的阳极串联电阻Rc1后连接高压直流电源。
[0054] Marx发生器M2中第i个模块化Marx电路如下所示：
[0055] 二极管VD2-i1的阴极串联电容C2-i后连接二极管VD2-i2的阳极。
[0056] 二极管VD2-i2的阴极串联半导体开关管S1-i的源极。半导体开关管S1-i的栅极悬空。半导体开关管S1-i的漏极串联二极管VD2-(i+1)1的阳极。
[0057] Marx发生器M2中第一个模块化Marx的二极管VD2-11的阳极串联电阻Rc2后连接高压直流电源。i＝1,2，…，n。
[0058] Marx发生器M1和Marx发生器M2相连的一端接地。
[0059] 参见图4，当Marx发生器M1和Marx发生器M2处于充电状态时，Marx发生器M1和Marx发生器M2的所有半导体开关管关断，高压直流电源通过二极管VD1-i1和二极管VD1-i2对储能电容C1-i充电，通过二极管VD2-i1和二极管VD2-i2对储能电容C2-i充电。
[0060] Marx发生器M1和Marx发生器M2充电完成后，Marx发生器M1接收TTL电信号，使开关管S1-i导通。储能电容C1-i放电，并在电阻R1上输出电压幅值为 的正极性脉冲。UC1-i为储能电容C1-i的充电电压。在延时tp时刻之后，Marx发生器M2接收TTL电信号，使开关管S2-i导通。储能电容C2-i放电，并在电阻R2上输出电压幅值为 的正极性脉冲。UC2-i为储能电容C2-i的充电电压。此时，Marx发生器M1和Marx发生器M2在负载R3上相切产生脉宽为tp的纳秒窄脉冲。
[0061] 通过这种两路Marx相切的原理能在高阻抗负载上形成具有快上升沿和下降沿的纳秒窄脉冲，突破了传统全固态脉冲源在高阻抗负载条件下形成短脉冲的局限性。
[0062] 参见图1，两路Marx发生器是共地的，用来保证两路Marx输出电压具有相同的参考电位，从而防止在运行中可能出现的短路电流。两路Marx发生器分别接有R1和R2两个负载保证这两路Marx发生器的输出波形具有快前沿特性。这两路Marx发生器采用驱动信号的延时在高阻抗R3上形成纳秒窄脉冲，其公式推导如下：
[0063] VAC＝VA-VC(1)
[0064] VBC＝VB-VC(2)
[0065] VAC-VBC＝(VA-VC)-(VB-VC)＝VA-VB(3)
[0066] 式中，VA为图1中A点电压，VB为图1中B点电压，VC为图1中C点电压，VAC为图1中AC之间的Marx发生器M1两端的电压，VBC为图1中BC之间的Marx发生器M2两端的电压。
[0067] 参见图2，当只有M1工作时，其拥有两条放电回路，一条是经过R1负载，另一条是经过R3和R2负载，那么其等效负载就是R2和R3串联再和R1并联，其公式如下：
[0068]
[0069] 在负载R3上的电压为：
[0070]
[0071] 从上述公式可以看出当R3远大于R2时，R2上的分压基本可以忽略，其V≈V0，所以这也解释了这种方法适用于高阻抗负载。相对的，如果是只有M2工作，那么在R3上的电压为所以为了保证双Marx在负载R3上输出的稳定脉冲电压幅值相同，那就需要R1＝R2。
[0072] 实施例2：
[0073] 一种基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器，主要包括高压直流电源、信号发生模块、Marx发生器M1、Marx发生器M2、光电转换电路、驱动芯片、电阻R1、电阻R2和负载R3。
[0074] 所述高压直流电源为Marx发生器M1、Marx发生器M2和负载供电。
[0075] 所述信号发生模块产生TTL电信号，并发送至光电转换电路。所述光电转换电路主要包括光纤接收器和光纤发射器。
[0076] 所述光纤发射器将TTL电信号转换为光信号，并发送至光纤接收器。
[0077] 所述光纤接收器将光信号还原为TTL电信号，并将TTL电信号发送至驱动芯片，使驱动芯片产生开关驱动信号。所述驱动芯片根据开关驱动信号控制Marx发生器M1和Marx发生器M2中开关管的通断。
[0078] 所述Marx发生器M1并联电阻R1。
[0079] 所述Marx发生器M2并联电阻R2。
[0080] 负载R3差分方式连接在Marx发生器M1和Marx发生器M2的输出端之间。
[0081] Marx发生器M1和Marx发生器M2在负载R3上相切产生脉宽和幅值可调的纳秒脉冲。
[0082] 实施例3：
[0083] 一种基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器，主要结构见实施例2，其中，Marx发生器M1和Marx发生器M2均由n级模块化Marx电路堆叠而成。任一个模块化Marx电路集成在PCB板上。n个PCB板之间采用铜柱连接。n为正整数。
[0084] 任一个模块化Marx电路包括一个储能电容、两个二极管和一个半导体开关管。
[0085] Marx发生器M1中第i个模块化Marx电路如下所示：
[0086] 二极管VD1-i1的阴极串联电容C1-i后连接二极管VD1-i2的阳极。
[0087] 二极管VD1-i2的阴极串联半导体开关管S1-i的源极。半导体开关管S1-i的栅极悬空。半导体开关管S1-i的漏极串联二极管VD1-(i+1)1的阳极。
[0088] Marx发生器M1中第一个模块化Marx的二极管VD1-11的阳极串联电阻Rc1后连接高压直流电源。
[0089] Marx发生器M2中第i个模块化Marx电路如下所示：
[0090] 二极管VD2-i1的阴极串联电容C2-i后连接二极管VD2-i2的阳极。
[0091] 二极管VD2-i2的阴极串联半导体开关管S1-i的源极。半导体开关管S1-i的栅极悬空。半导体开关管S1-i的漏极串联二极管VD2-(i+1)1的阳极。
[0092] Marx发生器M2中第一个模块化Marx的二极管VD2-11的阳极串联电阻Rc2后连接高压直流电源。i＝1,2，…，n。
[0093] 实施例4：
[0094] 一种基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器，主要结构见实施例2，其中，当Marx发生器M1和Marx发生器M2处于充电状态时，Marx发生器M1和Marx发生器M2的所有半导体开关管关断，高压直流电源通过二极管VD1-i1和二极管VD1-i2对储能电容C1-i充电，通过二极管VD2-i1和二极管VD2-i2对储能电容C2-i充电。
[0095] Marx发生器M1和Marx发生器M2充电完成后，Marx发生器M1接收TTL电信号，使开关管S1-i导通。储能电容C1-i放电，并在电阻R1上输出电压幅值为 的正极性脉冲。UC1-i为储能电容C1-i的充电电压。在延时tp时刻之后，Marx发生器M2接收TTL电信号，使开关管S2-i导通。储能电容C2-i放电，并在电阻R2上输出电压幅值为 的正极性脉冲。UC2-i为储能电容C2-i的充电电压。此时，Marx发生器M1和Marx发生器M2在负载R3上相切产生脉宽为tp的纳秒脉冲。纳秒脉冲的幅值由储能电容电压值决定。
[0096] 实施例5：
[0097] 一种基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器，主要结构见实施例2，其中，Marx发生器M1和Marx发生器M2均由7级模块化Marx电路堆叠而成。任一个模块化Marx电路集成在PCB板上。7个PCB板之间采用铜柱连接。7为正整数。
[0098] 任一个模块化Marx电路包括一个储能电容、两个二极管和一个半导体开关管。
[0099] Marx发生器M1中第i个模块化Marx电路如下所示：
[0100] 二极管VD1-i1的阴极串联电容C1-i后连接二极管VD1-i2的阳极。
[0101] 二极管VD1-i2的阴极串联半导体开关管S1-i的源极。半导体开关管S1-i的栅极悬空。半导体开关管S1-i的漏极串联二极管VD1-(i+1)1的阳极。
[0102] Marx发生器M1中第一个模块化Marx的二极管VD1-11的阳极串联电阻Rc1后连接高压直流电源。
[0103] Marx发生器M2中第i个模块化Marx电路如下所示：
[0104] 二极管VD2-i1的阴极串联电容C2-i后连接二极管VD2-i2的阳极。
[0105] 二极管VD2-i2的阴极串联半导体开关管S1-i的源极。半导体开关管S1-i的栅极悬空。半导体开关管S1-i的漏极串联二极管VD2-(i+1)1的阳极。
[0106] Marx发生器M2中第一个模块化Marx的二极管VD2-11的阳极串联电阻Rc2后连接高压直流电源。i＝1,2，…，7。
[0107] 实施例6：
[0108] 一种基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器，一种基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器，主要包括高压直流电源、信号发生模块、Marx发生器M1、Marx发生器M2、光电转换电路、驱动芯片、电阻R1、电阻R2和负载R3。
[0109] 所述高压直流电源为Marx发生器M1、Marx发生器M2和负载供电。
[0110] 高压直流电源选用东文生产的型号为DW-P102-5000ACC2的高压电源模块作为脉冲发生器的直流电源，该电源能输出电压1000V，电流5A，最大输出功率达到5kW。
[0111] 所述信号发生模块产生TTL电信号，并发送至光电转换电路。所述光电转换电路主要包括光纤接收器和光纤发射器。
[0112] 光电转换电路中的光纤接受及发射器分别采用Firecmms系列数据率为50Mbd的光纤发射器FT50MHIR和光纤接收器FR50MHIR进行光电隔离，其输出TTL信号的上升时间tr和下降时间tp只有5ns，有利于形成脉冲快前沿特性。
[0113] 所述光纤发射器将TTL电信号转换为光信号，并发送至光纤接收器。
[0114] 所述光纤接收器将光信号还原为TTL电信号，并将TTL电信号发送至驱动芯片，使驱动芯片产生开关驱动信号。所述驱动芯片根据开关驱动信号控制Marx发生器M1和Marx发生器M2中开关管的通断。
[0115] Marx发生器上采用的主开关为IXYS公司的C2M0025120D，耐压值为1200V，最高承受脉冲电流250A，其上升沿和下降沿理论值为18.4ns和13.6ns。开关驱动芯片采用较大驱动功率的IXRFD630，并且了有效地对光纤驱动与主电路的高压输出进行隔离，光纤接收器和驱动芯片采用单独的隔离电源模块FY1515D-2W进行供电，该电源模块的隔离电压能达到15kV，满足该脉冲发生器的电压隔离要求。
[0116] 所述Marx发生器M1并联电阻R1。
[0117] 所述Marx发生器M2并联电阻R2。
[0118] 负载R3差分方式连接在Marx发生器M1和Marx发生器M2的输出端之间。
[0119] Marx发生器M1和Marx发生器M2在负载R3上相切产生脉宽和幅值可调的纳秒脉冲。
[0120] Marx发生器主电路中采用的高压隔离二极管为快恢复二极管HS5M-R7，其峰值反向重复电压达到1000V，能有效地对高压进行隔离。其峰值非重复电流达到150A，能在Marx电路的某一级没有正常导通时对电路进行保护。并且该二极管的结电容只有50pF，有利于产生快上升沿。每路Marx发生器自身的电阻负载以及差分方式连接在两路Marx输出之间的高阻值电阻负载都采用大功率无感电阻，减小放电回路中的杂散电感，有利于脉冲形成快前沿特性。每路Marx的模块高压输入电源采用铜柱连接，使得整个系统的接线简单，降低电能在导线上的能量损耗，提高系统的能量利用效率，并且有利于装置的紧凑型和小型化。
[0121] 实施例7：
[0122] 一种基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器的性能测试实验，[0123] 1)搭建基于双路Marx相切的全固态纳秒脉冲发生器。
[0124] 两路Marx发生器分别采用7级模块化电路堆叠而成，便于电压幅值的调节和形成高压。该脉冲发生器采用AB板进行叠加，各级之间采用铜柱相连，可起到支撑电路板的作用，两路Marx发生器采用一个高压直流电源进行供电，减少供电电源数量。尽量减短Marx发生器与负载连接的导线，减少其回路杂散电感，起到优化脉冲波形的作用。
[0125] 2)脉冲源性能测试：采用具有6GHz带宽和40GS/s采样率的LecroyWavePro 760Zi-A、力科高压探头PPE6KV、超低抖动数字信号发生器DG645进行测量。负载电阻R1和R2为100Ω，负载R3为2000Ω。
[0126] 对最低脉宽10ns的不同的输出脉冲电压幅值进行测试，如图5所示，改变其直流充电电压数值，其双Marx相切纳秒脉冲源可分别输出1000V，1500V，2000V，3000V,4000V和5000V的纳秒窄脉冲，由于单路Marx发生器的上升沿由于受到杂散电感的影响具有一定的过冲，所以其输出脉冲后尾会有一定的振荡，但是对于整体脉冲输出性能影响不大，充分验证了该脉冲源输出纳秒窄脉冲的原理。
[0127] 虽然形成的脉冲的脉宽能达到10ns，但是由于Marx发生器的上升沿时间为10ns左右，所以很难形成10ns的方波脉冲，但是当调节脉宽为20ns时，输出脉冲就能成为方波脉冲，其对脉宽为20ns的不同的输出脉冲电压幅值进行测试如图6所示。
[0128] 从图6可以看出当脉宽为20ns时，输出电压成为了方波，并且后尾的震荡也有所减小。
[0129] 双Marx相切的纳秒脉冲源能够灵活调节其脉冲宽度，对电压幅值为5kV，脉宽为10ns-30ns连续可调的脉冲波形进行测试如图7所示。
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