HIGH VOLTAGE NANOSECOND PULSE GENERATOR BY USING AVALANCHE TRANSISTORSAND PULSE TRANSFORMERAkira Ноішпа, Hatsuo Yamazaki and Kazuo Inaba
Department of Nuclear Engineering Hokkaido UniversityAbstract
A doubling of the output voltage through a line of 50 ohm impedance was achieved byusing a parallel operat ion of four units of series-connected avalanche tra nsistor
c ir c u i t together with a puise transformer composed of a transmission-line andjunctions*A merit of this method, in coinparision with the one increasing the number of seriesconnected avalanche transistors, is a less internal dissipation power per transistor
for a given output voitage ，and a larger number of lifetime shots is expected.
The te st result showed that this divic:e was аЫе to furnish 1.5-kV peak voltage,
2 nanosecond wide pulses to a 50 ohm load and had lifetime shots more than 8xl08*

アバランシエ動作トランジスターとパルストランスを用いたパルス発生器

はじめにトランジスターのアバランシエ動作を利用したパルス発生器で高電圧のパルスを得るためにはトランジシターを直列に積み上げる方式が一般的に採用されている。
しかし、 トランジスターの積み上げによる高電圧発生は寿命の短縮を伴う。1 ) 2 ) この原因
が熱的なものか、他の要因によるものかは明かでないが、積み上げ段数の増加による電力損失の増大に起因していると考えられる。 そこで寿命を短縮させずに高電圧の出力を得るためにはトランジスター1 個当たりの負担（損失）を軽減させなければならないと考えられる。このような観点から著者等は低出力のパルス発生器を並列に動作させ、伝送線路上で出力を加算させる方式を考案、試作研究を行ってきた。3 ) 今回新たに考案U た伝送線路形式のパルストランスを用い、4 台のパルス発生器の出力を合成、立ち上がり時間を維持したまま1 • 5 ( к V ) のパルスを得ることができたのでその結果について報告す る。
2 Z [П]昇圧の原理
f І 故一 1 に示す3 ボートの接合線路を用いて出力インビーダンスZ ( Q ) のパルス発生器2 台からの正負の出力E ( V )を直列加算すると出力は2 Е ( у ) になるс
しかし、インピーダンスも2 Z ( Q ) になる。出力インピーダンス5 0 ( Q ) のバルス発生器を用い、加算後の出力インピーダンスも5 0 ( Й ) とするためには正負各々2E [v]

今Z[^]

АО

в

z [U]

FE [V]<P

Fig.l 3 port junction

E [v]2 台並列とし2 5 ( Й ) のパルス発生器として用いる必要があり、計 4 台のパルス発生器を要するо
試作したトランスをf i g - 2 a , b に示す。 4 本の同軸ケーブル （5 0 Q ) に 4 台のバルス発生器からパルスを加える。パルス発生器の回路はf i g —3 に示したものであり、 2 台の出力は反転トランス（同軸ケーブルの芯線と外( a ) ( b ) ( с ) (d ):R G -1 7 4 / U (5 0 n )側導体を逆に接続し、コイルモードの影響をO u t p u t : R G - 5 8 A / U (5 0 ⑴バ Output/ /2 E[V ]fll.4ふ軽減させるため磁性材を用いたもの4 ) ) を経由し負パルスとして入力される。
上 側 2 本 の ケ ー ブ ル （a 、 b ) に は E ( v )の 正 パ ル ス 、下 側 2 本 の ケ ー ブ ル （c ， d )にはE( V ) の負パルスが入力される。 その結 果 ス ト リ 、、) プ ラ イ ン （5 0 Q ) 上の上下の入 力 ケ ー ブ ル の 接 合 部 （f i g — 2 b の A 、
В と f i g . — 1 の A 、 В に対応）においてパS t r ip lin e

ルスの加算、すなはち昇圧が行われる он.ѵ.

- E [ V ] / / / ノ - E [V]
In p u t

為’{ J(c)u n it :(d )Fig.2a Step-up pulse transformer

In p u t

O u tp u t

T r ig e r

Fig.2b Schematic view ofelectric fieldイ

Fig_3 Unit of avalanchetransistor c ir c u it結果

f i g • - 4 は f i g. —3 に示したパ発生回路からの出力波形である。
供給電圧は
2 - 8 ( к V ) 、各々の出力電圧は7 8 0 ( V ) 、 7 6 5 ( V ) 、 7 9 0 ( ѵ ) 、 7 5 0 ( ѵ )である。これらの値から算出した出力電圧は1 5 4 2 . 5 ( V ) である。
f i g. —5 にこれらの出力を加算した結果を示す。出力パルスのビーク電圧は1 • 5 ( k v )半値幅は2 , 2 ナノ秒である。計算で求めた値との比較からトランスの挿入損失は一0 . 5 d Bになり効率よく昇圧することができた。立ち上がり時間の劣化は認められなかった。
寿命試験は今までのところ繰り返し8 8 0 ( p p s ) でおよそ2 0 0 時 間 （パルス発生個数6 X 1 0 8) 行った。 2 0 0 p P s 換算で 1 5 0 0 時間をめどに更に試験を続ける予定である。

F ig . 4Input pulses fromЦ units of avalanche

Fig.5 Output pulse

transistor c ir c u it

参考文献1 ) K.TstiRiori et al ；"Life Test of the High Output Avalanche Puiser”
Proc. 12th meeting on l inac in Japan ，Aug” ’87, pl47.
2) Y.Hosono et al; “An Avalanche Pulser for Single Bunche Linac”
Proc. 12th meeting on linac in Japan, Aug” ’87，p H b3) А.Ношша et a i ；“Development of Avalanche Pulse Generator Uti1izing
Transmission lines”
Proc. 11th meeting on linac in Japan, Sept.,/86 , p81.
4) Y;Yamazaki et a !；“ Isolation and Inversion Transformers for Nanosecond Puises”
Rev-Sci *instrum*55(5), May ’84，p796*