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申请/专利权人：中国科学院西安光学精密机械研究所

摘要：为了解决现有的增强器快门关闭速度慢、无法实现直流到3ns宽时间范围连续可调的技术问题，本发明提供了一种宽时间范围连续可调像增强器快门，包括主开关器件Q9、Q10，用于驱动主开关器件Q9的第一驱动电路，以及用于驱动主开关器件Q10的第二驱动电路；主开关器件Q9、Q10均采用场效应晶体管；主开关器件Q9的主要作用是快速打开形成快门脉冲高速下降沿；主开关器件Q10的主要作用是快速打开形成快门脉冲高速上升沿。既可以满足增强器的直流工作模式，又可以满足增强器脉冲工作模式，并且最小脉冲宽度达到3ns，即通过本发明结合图像增强器可实现3ns积分成像。

主权项：1.一种宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：包括主开关器件Q9、Q10，用于驱动主开关器件Q9的第一驱动电路，以及用于驱动主开关器件Q10的第二驱动电路；主开关器件Q9、Q10均采用场效应晶体管；主开关器件Q9的主要作用是快速打开形成快门脉冲高速下降沿；主开关器件Q10的主要作用是快速打开形成快门脉冲高速上升沿；主开关器件Q9采用NMOS管，栅极接第一驱动电路的输出，源极接第一偏置电路，漏极接整个像增强器快门的输出端；主开关器件Q10采用PMOS管，栅极接第二驱动电路的输出，漏极接第二偏置电路，源极接整个像增强器快门的输出端；第一驱动电路包括第一快速导通脉冲产生电路、第一维持导通电路以及并联的耦合电容C8、C9；第一快速导通脉冲产生电路包括NMOS管Q1和PMOS管Q2；NMOS管Q1的栅极接控制信号Push1，NMOS管Q1的漏极接耦合电容C8、C9的一端，NMOS管Q1的源极接GND；PMOS管Q2的栅极接控制信号Pull1,PMOS管Q2的漏极接图像增强器关闭电压，PMOS管Q2的源极接NMOS管Q1的漏极以及耦合电容C8、C9的一端；耦合电容C8、C9的另一端接主开关器件Q9的栅极；第一维持导通电路包括PMOS管Q5、电阻R7、R10、R11；PMOS管Q5的漏极接导通偏置电压，PMOS管Q5的源极通过电阻R7、R10接主开关器件Q9的栅极,PMOS管Q5的栅极通过电阻R3接导通维持主信号main；电阻R11的一端接R10的一端以及主开关器件Q9的栅极,电阻R11的另一端接图像增强器打开电压；第二驱动电路包括第二快速导通脉冲产生电路、第二维持导通电路和耦合电容Cap1；第二快速导通脉冲产生电路包括NMOS管Q3和PMOS管Q4；NMOS管Q3的栅极接控制信号Push2，NMOS管Q3的漏极接耦合电容Cap1的一端，NMOS管Q3的源极接GND；PMOS管Q4的栅极接控制信号Pull2,PMOS管Q4的漏极接图像增强器关闭电压，PMOS管Q4的源极接NMOS管Q3的漏极以及耦合电容Cap1的一端；耦合电容Cap1的另一端接主开关器件Q10的栅极；第二维持导通电路包括NMOS管Q6、电阻R9、R12；NMOS管Q6的源极接GND，NMOS管Q6的漏极通过电阻R9接主开关器件Q10的栅极、R12的一端以及耦合电容Cap1的另一端,NMOS管Q6的栅极通过电阻R4接导通维持主信号main；电阻R12的一端接R9的一端以及主开关器件Q10的栅极,电阻R12的另一端接图像增强器关闭电压；控制信号Push1、Push2高电平有效；控制信号Pull1、Pull2低电平有效；控制信号Push1和Pull1间隔20-50ns；控制信号Push2和Pull2间隔20-50ns；控制信号Push1和Pull1间隔与控制信号Push2和Pull2间隔相等。

全文数据：一种宽时间范围连续可调像增强器快门技术领域本发明属于超快诊断技术领域，涉及一种宽时间范围连续可调像增强器快门。背景技术图像增强器作为一种微光倍增器件，其主要作用是将微弱光信号进行倍增放大，从而便于人们观测或被记录系统记录。图像增强器通常由阴极、微通道板和荧光屏组成。其中，阴极的主要用是将入射光信号转化为电子，微通道板的主要作用是将电子进行倍增，荧光屏主要用于将倍增后的电子转化为可见光。在一些应用中，图像增强器用于对持续时间较长大于60秒的目标进行观测时，其工作于直流状态，也就是持续打开状态。在另一些应用中，图像增强器又需要对持续时间很短的过程进行观测，比如爆炸过程、子弹运动过程等，并且需要观测快速过程中某个瞬间目标的状态，这就需要图像增强器工作在选通模式，即只在目标运动的特定时间段工作。由于图像增强器有可能工作在常开模式，也可能工作在脉冲模式因而需要增强器快门对其工作模式进行切换。现有的增强器快门通常只用一个开关器件，其存在以下两个问题：1、关闭速度慢微秒量级，从而导致图像增强器关闭时间过长，无法对快时间过程进行纳秒时间分辨分幅成像。2、无法实现从常开到3ns宽时间范围连续可调。发明内容为了解决现有的增强器快门关闭速度慢、无法实现直流到3ns宽时间范围连续可调的技术问题，本发明提供了一种宽时间范围连续可调像增强器快门，脉冲宽度从直流到3ns宽范围连续可调，既可以满足增强器的直流工作模式，又可以满足增强器脉冲工作模式，并且最小脉冲宽度达到3ns，即通过本发明结合图像增强器可实现3ns积分成像。本发明的技术方案是：一种宽时间范围连续可调像增强器快门，其特殊之处在于：包括主开关器件Q9、Q10，用于驱动主开关器件Q9的第一驱动电路，以及用于驱动主开关器件Q10的第二驱动电路；主开关器件Q9、Q10均采用场效应晶体管；主开关器件Q9的主要作用是快速打开形成快门脉冲高速下降沿；主开关器件Q10的主要作用是快速打开形成快门脉冲高速上升沿。进一步地，主开关器件Q9采用NMOS管，栅极接第一驱动电路的输出，源极接第一偏置电路，漏极接整个像增强器快门的输出端；主开关器件Q10采用PMOS管，栅极接第二驱动电路的输出，漏极接第二偏置电路，源极接整个像增强器快门的输出端；第一驱动电路包括第一快速导通脉冲产生电路、第一维持导通电路以及并联的耦合电容C8、C9；第一快速导通脉冲产生电路包括NMOS管Q1和PMOS管Q2；NMOS管Q1的栅极接控制信号Push1，NMOS管Q1的漏极接耦合电容C8、C9的一端，NMOS管Q1的源极接GND；PMOS管Q2的栅极接控制信号Pull1,PMOS管Q2的漏极接图像增强器关闭电压，PMOS管Q2的源极接NMOS管Q1的漏极以及耦合电容C8、C9的一端；耦合电容C8、C9的另一端接主开关器件Q9的栅极；第一维持导通电路包括PMOS管Q5、电阻R7、R10、R11；PMOS管Q5的漏极接导通偏置电压，PMOS管Q5的源极通过电阻R7、R10接主开关器件Q9的栅极,PMOS管Q5的栅极通过电阻R3接导通维持主信号main；电阻R11的一端接R10的一端以及主开关器件Q9的栅极,电阻R11的另一端接图像增强器打开电压；第二驱动电路包括第二快速导通脉冲产生电路、第二维持导通电路和耦合电容Cap1；第二快速导通脉冲产生电路包括NMOS管Q3和PMOS管Q4；NMOS管Q3的栅极接控制信号Push2，NMOS管Q3的漏极接耦合电容Cap1的一端，NMOS管Q3的源极接GND；PMOS管Q4的栅极接控制信号Pull2,PMOS管Q4的漏极接图像增强器关闭电压，PMOS管Q4的源极接NMOS管Q3的漏极以及耦合电容Cap1的一端；耦合电容Cap1的另一端接主开关器件Q10的栅极；第二维持导通电路包括NMOS管Q6、电阻R9、R12；NMOS管Q6的源极接GND，NMOS管Q6的漏极通过电阻R9接主开关器件Q10的栅极、R12的一端以及耦合电容Cap1的另一端,NMOS管Q6的栅极通过电阻R4接导通维持主信号main；电阻R12的一端接R9的一端以及主开关器件Q10的栅极,电阻R12的另一端接图像增强器关闭电压；控制信号Push1、Push2高电平有效；控制信号Pull1、Pull2低电平有效；控制信号Push1和Pull1间隔20-50ns；控制信号Push2和Pull2间隔20-50ns；控制信号Push1和Pull1间隔与控制信号Push2和Pull2间隔相等。进一步地，第一驱动电路还包括由R1和C1构成的第一滤波电路；R1的一端接PMOS管Q2的漏极，另一端接PMOS管Q2的栅极；C1的一端接PMOS管Q2的漏极和图像增强器关闭电压，另一端接GND。进一步地，第二驱动电路还包括由R2和C2构成的第二滤波电路；R2的一端接PMOS管Q4的漏极，另一端接PMOS管Q4的栅极；C2的一端接PMOS管Q4的漏极和图像增强器关闭电压，另一端接GND。进一步地，还包括与所述第一偏置电路并联的滤波稳压电路；所述滤波稳压电路由并联的电容C11、C12构成，电容C11、C12的一端均接主开关器件Q9的源极，另一端均接GND。进一步地，还包括与所述第二偏置电路并联的稳压电路；所述稳压电路为电容Cap2，电容Cap2的一端接主开关器件Q10的漏极，另一端接GND。进一步地，所述第一偏置电路包括电阻R13、R15和二极管DZ1；电阻R13的一端接主开关器件Q9的源极，另一端接R15的一端，R15的另一端接GND；二极管DZ1的负极接主开关器件Q9的源极，正极接图像增强器打开电压。进一步地，所述第二偏置电路包括电阻R14、R8和二极管DZ2；电阻R14的一端接主开关器件Q10的漏极，另一端接R8的一端，R8的另一端接GND；二极管DZ2的正极接主开关器件Q10的漏极，负极接图像增强器关闭电压。进一步地，主开关器件Q9采用型号为ZVN4524的NMOS管，主开关器件Q10采用型号为ZVP4525的PMOS管。进一步地，控制信号Push1和Pull1间隔40ns；控制信号Push2和Pull2间隔40ns。相较于传统增强器快门，本发明具有以下有益效果：1.本发明利用主开关器件Q9和主开关器件Q10互补导通实现最窄3ns快门脉冲输出,其中：主开关器件Q9采用NMOS管，主要作用是快速打开形成快门脉冲高速下降沿；主开关器件Q10采用PMOS管，主要作用是快速打开形成快门脉冲高速上升沿。2.主开关器件Q9和Q10均为场效应晶体管，常规驱动电路一般为方波驱动如图4所示，方波驱动由于驱动作用瞬间前沿电压较低，因此导通电容充电速度较慢导致场效应晶体管打开速度较慢，针对这一问题，本发明对场效应晶体管Q9和Q10的驱动电路进行了精细配置，通过对方波驱动上升沿进行过冲处理如图5所示，实现对场效应管内部寄生电容快速充电，从而使场效应晶体管快速打开，实现了像增强器快门脉冲宽度由直流到3ns宽时间范围连续可调，从而使该快门脉冲既可应用于直流导通场景，也可应用于脉冲导通场景。附图说明图1是宽时间范围连续可调像增强器快门电路原理图。图2是3ns快门脉冲。图3是1ms快门脉冲。图4是传统方波驱动波形。图5是本发明驱动波形。具体实施方式以下结合附图对本发明作进一步说明。本发明所提供的宽时间范围连续可调像增强器快门，其设计的中心思想是采用两个高速MOS管分别实现快门脉冲快速打开和快速关闭，快门脉冲的宽度由导通维持主信号main的宽度决定。如图1所示，本发明所提供的宽时间范围连续可调像增强器快门，包括主开关器件Q9、Q10，用于驱动主开关器件Q9的第一驱动电路，以及用于驱动主开关器件Q10的第二驱动电路。主开关器件Q9采用NMOS管，主要作用是快速打开形成快门脉冲高速下降沿；主开关器件Q9的栅极接第一驱动电路的输出，主开关器件Q9的源极接由R13、R15和二极管DZ1构成的第一偏置电路以及并联的电容C11和C12，主开关器件Q9的漏极接整个像增强器快门的输出端output。电容C11和C12用于对Q9的源极进行稳压和滤波；主开关器件Q10采用PMOS管，主要作用是快速打开形成快门脉冲高速上升沿；主开关器件Q10的栅极接第二驱动电路的输出，主开关器件Q10的漏极接由R14、R8和二极管DZ2构成的第二偏置电路以及稳压电容Cap2，主开关器件Q10的源极接整个增强器快门的输出端output。第一驱动电路包括第一快速导通脉冲产生电路、第一维持导通电路和并联的耦合电容C8、C9以及由R1和C1构成的第一滤波电路；第一快速导通脉冲产生电路包括NMOS管Q1和PMOS管Q2；NMOS管Q1的栅极接控制信号Push1，NMOS管Q1的漏极接耦合电容C8、C9的一端，NMOS管Q1的源极接GND；PMOS管Q2的栅极接控制信号Pull1,PMOS管Q2的漏极接图像增强器关闭电压+54.6V、电容C1的一端以及电阻R1的一端，电容C1的另一端接GND，电阻R1的另一端接PMOS管Q2的栅极，PMOS管Q2的源极接NMOS管Q1的漏极以及耦合电容C8、C9的一端；耦合电容C8、C9的另一端接主开关器件Q9的栅极；第一维持导通电路包括PMOS管Q5、电阻R7、R10、R11；PMOS管Q5的漏极接导通偏置电压+5V电压，PMOS管Q5的源极通过电阻R7、R10接主开关器件Q9的栅极,PMOS管Q5的栅极通过电阻R3接导通维持主信号main；电阻R11的一端接R10的一端以及主开关器件Q9的栅极,电阻R11的另一端接图像增强器打开电压-202V。第二驱动电路包括第二快速导通脉冲产生电路、第二维持导通电路和耦合电容Cap1以及由R2和C2构成的第二滤波电路；第二快速导通脉冲产生电路包括NMOS管Q3和PMOS管Q4；NMOS管Q3的栅极接控制信号Push2，NMOS管Q3的漏极接耦合电容Cap1的一端，NMOS管Q3的源极接GND；PMOS管Q4的栅极接控制信号Pull2,PMOS管Q4的漏极接图像增强器关闭电压+54.6V、C2的一端以及R2的一端，C2的另一端接GND，R2的另一端接PMOS管Q4的栅极，PMOS管Q4的源极接NMOS管Q3的漏极以及耦合电容Cap1的一端；耦合电容Cap1的另一端接主开关器件Q10的栅极；第二维持导通电路包括NMOS管Q6、电阻R9、R12；NMOS管Q6的源极接GND，NMOS管Q6的漏极通过电阻R9接主开关器件Q10的栅极、R12的一端以及耦合电容Cap1的另一端,NMOS管Q6的栅极通过电阻R4接导通维持主信号main；电阻R12的一端接R9的一端以及主开关器件Q10的栅极,电阻R12的另一端接图像增强器关闭电压+54.6V。控制信号Push1、Push2高电平有效；控制信号Pull1、Pull2低电平有效；控制信号Push1和Pull1间隔20-50ns；控制信号Push2和Pull2间隔20-50ns；控制信号Push1和Pull1间隔与控制信号Push2和Pull2间隔相等。优选的，控制信号Push1和Pull1间隔40ns；控制信号Push2和Pull2间隔40ns，可使生成控制信号Push1、Push2、Pull1、Pull2的控制信号产生电路结构比较简单。为实现限流和隔离，本发明还包括电阻R5和R6；R5的一端接NMOS管Q3的漏极、PMOS管Q4的源极以及耦合电容Cap1的一端，R5的另一端接偏置电压Net47.9V；R6的一端接NMOS管Q1的漏极、耦合电容C8、C9的一端以及PMOS管Q2的源极，R6的另一端接GND。本发明的工作过程和原理如下：当图像增强器未工作时，需要增强器快门的输出端output输出约+50V电压以阻碍光电子由阴极运动到微通道板；当图像增强器工作时，则需要增强器快门的输出端输出约-200V电压以加速光电子使其从阴极运动到微通道板。根据上述描述，图像增强器不工作时，主开关器件Q10处于导通状态，从而使输出端output与图像增强器关闭电压+54.6V接通，输出约+50V电压；图像增强器需要工作时，首先NMOS管Q6快速截止，从而使输出端output与图像增强器关闭电压+54.6V断开，然后由NMOS管Q1和PMOS管Q2负责产生一个幅度大于等于45V、脉宽小于等于40ns的正脉冲Q2刚导通使其源极电压上升到45V并且持续40ns后，Q1便导通使Q2源极电压降到地，从而产生一个45V，40ns的正脉冲，并通过耦合电容C8和C9耦合到主开关器件Q9的栅极，从而使主开关器件Q9在3ns内快速导通并通过PMOS管Q5负责的第一维持导通电路保持导通状态，实现输出端output与图像增强器打开电压-202V持续接通，进而实现图像增强器打开；图像增强器需要关闭时，首先PMOS管Q5快速截止，从而使输出端output与图像增强器打开电压-202V断开，然后由NMOS管Q3和PMOS管Q4负责产生脉宽小于等于40ns、幅度大于等于45V的负脉冲Q4刚导通使其源极电压上升到45V并且持续40ns后，Q3便导通使Q4源极电压降到地，从而产生一个45V，40ns的负脉冲，并通过耦合电容C7耦合到主开关器件Q10的栅极，从而使主开关器件Q10在3ns内快速导通并通过NMOS管Q6负责的第二维持导通电路保持导通状态，实现输出端output重新与图像增强器关闭电压+54.6V接通，图像增强器一个脉冲工作过程结束。实验验证：主开关器件Q9采用型号为ZVN4524的NMOS管，主开关器件Q10采用型号为ZVP4525的PMOS管，仿真结果如图2、3所示，可以看出本发明能够实现最窄3ns的输出，也可以实现1ms的输出。

权利要求：1.一种宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：包括主开关器件Q9、Q10，用于驱动主开关器件Q9的第一驱动电路，以及用于驱动主开关器件Q10的第二驱动电路；主开关器件Q9、Q10均采用场效应晶体管；主开关器件Q9的主要作用是快速打开形成快门脉冲高速下降沿；主开关器件Q10的主要作用是快速打开形成快门脉冲高速上升沿。2.根据权利要求1所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：主开关器件Q9采用NMOS管，栅极接第一驱动电路的输出，源极接第一偏置电路，漏极接整个像增强器快门的输出端；主开关器件Q10采用PMOS管，栅极接第二驱动电路的输出，漏极接第二偏置电路，源极接整个像增强器快门的输出端；第一驱动电路包括第一快速导通脉冲产生电路、第一维持导通电路以及并联的耦合电容C8、C9；第一快速导通脉冲产生电路包括NMOS管Q1和PMOS管Q2；NMOS管Q1的栅极接控制信号Push1，NMOS管Q1的漏极接耦合电容C8、C9的一端，NMOS管Q1的源极接GND；PMOS管Q2的栅极接控制信号Pull1,PMOS管Q2的漏极接图像增强器关闭电压，PMOS管Q2的源极接NMOS管Q1的漏极以及耦合电容C8、C9的一端；耦合电容C8、C9的另一端接主开关器件Q9的栅极；第一维持导通电路包括PMOS管Q5、电阻R7、R10、R11；PMOS管Q5的漏极接导通偏置电压，PMOS管Q5的源极通过电阻R7、R10接主开关器件Q9的栅极,PMOS管Q5的栅极通过电阻R3接导通维持主信号main；电阻R11的一端接R10的一端以及主开关器件Q9的栅极,电阻R11的另一端接图像增强器打开电压；第二驱动电路包括第二快速导通脉冲产生电路、第二维持导通电路和耦合电容Cap1；第二快速导通脉冲产生电路包括NMOS管Q3和PMOS管Q4；NMOS管Q3的栅极接控制信号Push2，NMOS管Q3的漏极接耦合电容Cap1的一端，NMOS管Q3的源极接GND；PMOS管Q4的栅极接控制信号Pull2,PMOS管Q4的漏极接图像增强器关闭电压，PMOS管Q4的源极接NMOS管Q3的漏极以及耦合电容Cap1的一端；耦合电容Cap1的另一端接主开关器件Q10的栅极；第二维持导通电路包括NMOS管Q6、电阻R9、R12；NMOS管Q6的源极接GND，NMOS管Q6的漏极通过电阻R9接主开关器件Q10的栅极、R12的一端以及耦合电容Cap1的另一端,NMOS管Q6的栅极通过电阻R4接导通维持主信号main；电阻R12的一端接R9的一端以及主开关器件Q10的栅极,电阻R12的另一端接图像增强器关闭电压；控制信号Push1、Push2高电平有效；控制信号Pull1、Pull2低电平有效；控制信号Push1和Pull1间隔20-50ns；控制信号Push2和Pull2间隔20-50ns；控制信号Push1和Pull1间隔与控制信号Push2和Pull2间隔相等。3.根据权利要求2所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：第一驱动电路还包括由R1和C1构成的第一滤波电路；R1的一端接PMOS管Q2的漏极，另一端接PMOS管Q2的栅极；C1的一端接PMOS管Q2的漏极和图像增强器关闭电压，另一端接GND。4.根据权利要求2或3所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：第二驱动电路还包括由R2和C2构成的第二滤波电路；R2的一端接PMOS管Q4的漏极，另一端接PMOS管Q4的栅极；C2的一端接PMOS管Q4的漏极和图像增强器关闭电压，另一端接GND。5.根据权利要求4所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：还包括与所述第一偏置电路并联的滤波稳压电路；所述滤波稳压电路由并联的电容C11、C12构成，电容C11、C12的一端均接主开关器件Q9的源极，另一端均接GND。6.根据权利要求5所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：还包括与所述第二偏置电路并联的稳压电路；所述稳压电路为电容Cap2，电容Cap2的一端接主开关器件Q10的漏极，另一端接GND。7.根据权利要求2所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：所述第一偏置电路包括电阻R13、R15和二极管DZ1；电阻R13的一端接主开关器件Q9的源极，另一端接R15的一端，R15的另一端接GND；二极管DZ1的负极接主开关器件Q9的源极，正极接图像增强器打开电压。8.根据权利要求2所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：所述第二偏置电路包括电阻R14、R8和二极管DZ2；电阻R14的一端接主开关器件Q10的漏极，另一端接R8的一端，R8的另一端接GND；二极管DZ2的正极接主开关器件Q10的漏极，负极接图像增强器关闭电压。9.根据权利要求2所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：主开关器件Q9采用型号为ZVN4524的NMOS管，主开关器件Q10采用型号为ZVP4525的PMOS管。10.根据权利要求2所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：控制信号Push1和Pull1间隔40ns；控制信号Push2和Pull2间隔40ns。

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