2 具体电路实现
利用Agilent的ADS2006A对电路进行仿真设计,理想冲激脉冲发生器由激励信号源,微分网络,零偏置放大电路组成,如图2所示。
激励信号源为TTL电平的方波信号Vin,上升沿和下降沿均为1 ns,激励信号宽度为400 ns。微分网络由RC时间常数比输入脉冲持续时间少很多的高通电路组成。这种电路用来将加于输入端的方波电压变为正负的尖峰电压输出。因为输出电压表示了输入电压的变化率,所以这个变化过程叫作微分。微分电路设计的两个重点:τ<<t外加/10,以获得良好的冲激响应;对电阻R进行合理的取值以获得足够大的电压幅度。在此设计中,C1=3 pF,R=120 Ω,时间常数τ=RC=3×10-12×120=3.6 ns。
零偏置放大网络采用单级晶体管共射放大电路,BJT采用的是infineon公司的BFP450,因为要使放大电路滤去负脉冲,所以必须使晶体管工作在截止区和放大区的临界点。设计单级晶体管放大电路的步骤是先静态,后动态。通过ADS对BFP450进行直流工作点测试,找到合适的静态工作点。在零偏置放大电路中,R2和微分电路中的R1共同构成了分压式直流通路。
根据BFP450的datasheet得知最大基极电流IBB=10 mA,最大集电结电压为VCE=15 V,所以扫描范围为:IBB=20~100μA,步进为10μA。VCE=0~10 V,步进为O.1 V。将BFP450的Spice模型导入ADS中,得到静态工作点扫描结果,如图3所示。
从扫描结果中可以看出,对于IBB<20μA,都可以认为晶体管进入了截止区。同时在设置静态工作点时,尽量使电路有一个较大范围的线性放大区,这样更有利于脉冲的放大。所以选取的试验条件为:VCE=4~5V,步进0.1V。VCE=500~600mV,步进20mV。在此范围内,根据公式:
推导出R2=1 kΩ,R4=1 kΩ。再将阻值带回偏置电路中,得到静态工作点为IBB=14.96 μA,Ic=23.77μA,VBE=534.1 mV,VCE=4.976 V。理想冲激脉冲成型网络的各级输出如图4所示。
从输出结果来看,基本达到了预期结果,提取出了正向微分信号,并倒相放大到5 V,拖尾振荡很小。