延時可控高壓脈沖發生器的設計

3.2 單片機延時電路設計

儀器的控制核心由CPU8031、大規模集成電路8155和EPROM2732組成。CPU8031是單片機的核心，它實現人機對話并完成對EPLD（可編程邏輯器件）的初始化和數據裝入。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的控制下進行。

根據儀器指標，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，時間精度及傳送數據要求高等問題，在線路的設計中選用了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行初始化和數據裝入。當觸發信號到來時觸發EPLD發出設定的延時信號，經過模擬放大輸出以驅動后級電路。

3.3 觸發電路的設計及對高壓回竄干擾的抑制

由于開關管S導通放電時，產生了高電壓對觸發電路的反竄干擾及空間電磁波的干擾，使觸發電路很難正常工作。根據氫閘流管S導通時反竄到其觸發控制極上的電壓來設計氫閘流管觸發電路，如圖3所示。

圖3 開 關 管 觸 發 電 路

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

外觸發信號觸發光電隔離器，經觸發延時控制電路后，輸出約400V的脈沖信號，加到脈沖變壓器T的初級，經脈沖變壓器升壓產生1kV以上的脈沖信號，脈寬大于2μs。經D、L觸發S導通后，儲能電容C經S向負載電阻R放電，輸出負的高壓脈沖。

S導通瞬間，在其觸發控制端產生約（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T的降壓也就只有幾十伏的電壓，從而解決了S開關導通反竄到控制電路的干擾。

4 性能指標測試

4.1 高壓脈沖波形

高壓脈沖發生器輸出高壓脈沖波形如圖4所示。

圖 4 高 壓 脈 沖 發 生 器 輸 出 高 壓 脈 沖 波 形

高壓脈沖輸出經TekP6015A1/1000高壓探頭衰減，由TDS774A數字示波器測量，測試數據自動讀出顯示。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 主要技術指標

表1列出了本機及以往研制的同類產品對應的主要技術性能指標，以對二者進行比較。

表1 高壓脈沖發生器主要性能指標

1）高壓脈沖幅度提高1倍且調節范圍寬，在5～30kV連續可調；

2）對不同的高壓脈沖相對外觸發延時基本固定不變；

3）增加可預置延時功能，延時10ns～99μs，具有較高的精度；

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

5 結語

本機輸出高壓脈沖調節范圍寬，從5kV至30kV連續可調，可預置，前沿快、抖動小、延時準確，又增加了可預置延時，從而拓寬了應用范圍，提高了測量精度?？煽匮訒r采用了先進技術，應用單片機，實現了人機對話，操作簡便，增加了可靠性，且具有先進性。

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，對抑制高壓放電產生的電磁干擾以及地電流干擾有明顯效果；對高壓開關管導通瞬間在觸發驅動級產生的多種頻率成分的高壓回竄強干擾，采用旁路、衰減、阻斷等相應的有效方法，保證了觸發電路的正常工作。

該機已交付使用，所有技術指標均符合和滿足設計規定的指標及使用要求，長期運行工作穩定可靠。