延時(shí)可控高壓脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)
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3.2 單片機(jī)延時(shí)電路設(shè)計(jì)
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(jī)的核心，它實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話并完成對(duì)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(chǔ)延時(shí)同步單元的全部程序，開機(jī)后CPU從EPROM2732中讀取指令進(jìn)行程序控制。延遲時(shí)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(shí)脈沖時(shí)間為10ns～99μs，延時(shí)精度為10ns，抖動(dòng)小于10ns。為了解決通道之間的竄擾，時(shí)間精度及傳送數(shù)據(jù)要求高等問題，在線路的設(shè)計(jì)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(jī)的控制對(duì)它進(jìn)行初始化和數(shù)據(jù)裝入。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)觸發(fā)EPLD發(fā)出設(shè)定的延時(shí)信號(hào)，經(jīng)過模擬放大輸出以驅(qū)動(dòng)后級(jí)電路。
3.3 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)及對(duì)高壓回竄干擾的抑制
由于開關(guān)管S導(dǎo)通放電時(shí)，產(chǎn)生了高電壓對(duì)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(shí)反竄到其觸發(fā)控制極上的電壓來設(shè)計(jì)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(shí)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(hào)觸發(fā)光電隔離器，經(jīng)觸發(fā)延時(shí)控制電路后，輸出約400V的脈沖信號(hào)，加到脈沖變壓器T的初級(jí)，經(jīng)脈沖變壓器升壓產(chǎn)生1kV以上的脈沖信號(hào)，脈寬大于2μs。經(jīng)D、L觸發(fā)S導(dǎo)通后，儲(chǔ)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(hào)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(hào)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(hào)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(jí)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(cè)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(cè)量，測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)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(jī)及以往研制的同類產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的主要技術(shù)性能指標(biāo)，以對(duì)二者進(jìn)行比較。
表1 高壓脈沖發(fā)生器主要性能指標(biāo)
| 輸出高壓脈沖Vo/kV | 相對(duì)外觸發(fā)延時(shí)tedl/ns | 抖動(dòng)Δt/ns | 前沿tr/ns | 可預(yù)置延時(shí)tp/ns | |
|---|---|---|---|---|---|
| 本機(jī) | 5～30 | 400～10 | 10 | 16 | 10～99000 |
| 以往研制同類產(chǎn)品 | 10～15 | 2500～500 | 80 | 25 | —— |
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(duì)不同的高壓脈沖相對(duì)外觸發(fā)延時(shí)基本固定不變；
3）增加可預(yù)置延時(shí)功能，延時(shí)10ns～99μs，具有較高的精度；
4）抖動(dòng)是高壓脈沖發(fā)生器一個(gè)重要指標(biāo)，本機(jī)的抖動(dòng)很小，而以往研制的抖動(dòng)很大。
5 結(jié)語
本機(jī)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(dòng)小、延時(shí)準(zhǔn)確，又增加了可預(yù)置延時(shí)，從而拓寬了應(yīng)用范圍，提高了測(cè)量精度?？煽匮訒r(shí)采用了先進(jìn)技術(shù)，應(yīng)用單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)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(jí)采用高壓大電流，快前沿、低抖動(dòng)、長壽命快速氫閘流管，在設(shè)計(jì)上留有較大余量，確保運(yùn)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(duì)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(duì)高壓開關(guān)管導(dǎo)通瞬間在觸發(fā)驅(qū)動(dòng)級(jí)產(chǎn)生的多種頻率成分的高壓回竄強(qiáng)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(jī)已交付使用，所有技術(shù)指標(biāo)均符合和滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的指標(biāo)及使用要求，長期運(yùn)行工作穩(wěn)定可靠。
評(píng)論