延時可控高壓脈沖發(fā)生器的設(shè)計

3.2 單片機延時電路設(shè)計

儀器的控制核心由CPU8031、大規(guī)模集成電路8155和EPROM2732組成。CPU8031是單片機的核心，它實現(xiàn)人機對話并完成對EPLD（可編程邏輯器件）的初始化和數(shù)據(jù)裝入。8155用作鍵盤和顯示器接口。EPROM2732用于存儲延時同步單元的全部程序，開機后CPU從EPROM2732中讀取指令進(jìn)行程序控制。延遲時間的輸入，顯示以及EPLD器件初始化的完成在CPU8031的控制下進(jìn)行。

根據(jù)儀器指標(biāo)，要求延時脈沖時間為10ns～99μs，延時精度為10ns，抖動小于10ns。為了解決通道之間的竄擾，時間精度及傳送數(shù)據(jù)要求高等問題，在線路的設(shè)計中選用了Aterla公司的7000系列EPLD，將全部的邏輯電路做在一塊器件中。通過單片機的控制對它進(jìn)行初始化和數(shù)據(jù)裝入。當(dāng)觸發(fā)信號到來時觸發(fā)EPLD發(fā)出設(shè)定的延時信號，經(jīng)過模擬放大輸出以驅(qū)動后級電路。

3.3 觸發(fā)電路的設(shè)計及對高壓回竄干擾的抑制

由于開關(guān)管S導(dǎo)通放電時，產(chǎn)生了高電壓對觸發(fā)電路的反竄干擾及空間電磁波的干擾，使觸發(fā)電路很難正常工作。根據(jù)氫閘流管S導(dǎo)通時反竄到其觸發(fā)控制極上的電壓來設(shè)計氫閘流管觸發(fā)電路，如圖3所示。

圖3 開 關(guān) 管 觸 發(fā) 電 路

氫閘流管觸發(fā)電路由觸發(fā)延時控制、脈沖變壓器T、高頻阻斷硅堆D、π型濾波器（C2、L、C1）、開關(guān)管的偏置電阻R2及開關(guān)管S等組成。

外觸發(fā)信號觸發(fā)光電隔離器，經(jīng)觸發(fā)延時控制電路后，輸出約400V的脈沖信號，加到脈沖變壓器T的初級，經(jīng)脈沖變壓器升壓產(chǎn)生1kV以上的脈沖信號，脈寬大于2μs。經(jīng)D、L觸發(fā)S導(dǎo)通后，儲能電容C經(jīng)S向負(fù)載電阻R放電，輸出負(fù)的高壓脈沖。

S導(dǎo)通瞬間，在其觸發(fā)控制端產(chǎn)生約（2/3）Uc的高壓脈沖，此信號包含多種頻率成分，既有高頻，又有中頻和低頻。高頻干擾信號通過C1小電容旁路和經(jīng)L大電感來衰減；中頻和低頻干擾信號則由高壓硅堆反向阻斷。這樣通過旁路、衰減及阻斷后到脈沖變壓器T的次級約為百伏的干擾電壓，再經(jīng)T的降壓也就只有幾十伏的電壓，從而解決了S開關(guān)導(dǎo)通反竄到控制電路的干擾。

4 性能指標(biāo)測試

4.1 高壓脈沖波形

高壓脈沖發(fā)生器輸出高壓脈沖波形如圖4所示。

圖 4 高 壓 脈 沖 發(fā) 生 器 輸 出 高 壓 脈 沖 波 形

高壓脈沖輸出經(jīng)TekP6015A1/1000高壓探頭衰減，由TDS774A數(shù)字示波器測量，測試數(shù)據(jù)自動讀出顯示。由圖4可知，高壓脈沖波形光滑無振蕩，下降沿15.7ns，脈寬約300ns。

4.2 主要技術(shù)指標(biāo)

表1列出了本機及以往研制的同類產(chǎn)品對應(yīng)的主要技術(shù)性能指標(biāo)，以對二者進(jìn)行比較。

表1 高壓脈沖發(fā)生器主要性能指標(biāo)

1）高壓脈沖幅度提高1倍且調(diào)節(jié)范圍寬，在5～30kV連續(xù)可調(diào)；

2）對不同的高壓脈沖相對外觸發(fā)延時基本固定不變；

3）增加可預(yù)置延時功能，延時10ns～99μs，具有較高的精度；

4）抖動是高壓脈沖發(fā)生器一個重要指標(biāo)，本機的抖動很小，而以往研制的抖動很大。

5 結(jié)語

本機輸出高壓脈沖調(diào)節(jié)范圍寬，從5kV至30kV連續(xù)可調(diào)，可預(yù)置，前沿快、抖動小、延時準(zhǔn)確，又增加了可預(yù)置延時，從而拓寬了應(yīng)用范圍，提高了測量精度?？煽匮訒r采用了先進(jìn)技術(shù)，應(yīng)用單片機，實現(xiàn)了人機對話，操作簡便，增加了可靠性，且具有先進(jìn)性。

高壓脈沖形成級采用高壓大電流，快前沿、低抖動、長壽命快速氫閘流管，在設(shè)計上留有較大余量，確保運行可靠。

采用光耦、變壓器隔離、地隔離、多層金屬屏蔽等措施，對抑制高壓放電產(chǎn)生的電磁干擾以及地電流干擾有明顯效果；對高壓開關(guān)管導(dǎo)通瞬間在觸發(fā)驅(qū)動級產(chǎn)生的多種頻率成分的高壓回竄強干擾，采用旁路、衰減、阻斷等相應(yīng)的有效方法，保證了觸發(fā)電路的正常工作。

該機已交付使用，所有技術(shù)指標(biāo)均符合和滿足設(shè)計規(guī)定的指標(biāo)及使用要求，長期運行工作穩(wěn)定可靠。