延时可控高压脉冲发生器的设计

3.2 单片机延时电路设计

仪器的控制核心由CPU8031、大规模集成电路8155和EPROM2732组成。CPU8031是单片机的核心，它实现人机对话并完成对EPLD（可编程逻辑器件）的初始化和数据装入。8155用作键盘和显示器接口。EPROM2732用于存储延时同步单元的全部程序，开机后CPU从EPROM2732中读取指令进行程序控制。延迟时间的输入，显示以及EPLD器件初始化的完成在CPU8031的控制下进行。

根据仪器指标，要求延时脉冲时间为10ns～99μs，延时精度为10ns，抖动小于10ns。为了解决通道之间的窜扰，时间精度及传送数据要求高等问题，在线路的设计中选用了Aterla公司的7000系列EPLD，将全部的逻辑电路做在一块器件中。通过单片机的控制对它进行初始化和数据装入。当触发信号到来时触发EPLD发出设定的延时信号，经过模拟放大输出以驱动后级电路。

3.3 触发电路的设计及对高压回窜干扰的抑制

由于开关管S导通放电时，产生了高电压对触发电路的反窜干扰及空间电磁波的干扰，使触发电路很难正常工作。根据氢闸流管S导通时反窜到其触发控制极上的电压来设计氢闸流管触发电路，如图3所示。

图3 开 关 管 触 发 电 路

氢闸流管触发电路由触发延时控制、脉冲变压器T、高频阻断硅堆D、π型滤波器（C2、L、C1）、开关管的偏置电阻R2及开关管S等组成。

外触发信号触发光电隔离器，经触发延时控制电路后，输出约400V的脉冲信号，加到脉冲变压器T的初级，经脉冲变压器升压产生1kV以上的脉冲信号，脉宽大于2μs。经D、L触发S导通后，储能电容C经S向负载电阻R放电，输出负的高压脉冲。

S导通瞬间，在其触发控制端产生约（2/3）Uc的高压脉冲，此信号包含多种频率成分，既有高频，又有中频和低频。高频干扰信号通过C1小电容旁路和经L大电感来衰减；中频和低频干扰信号则由高压硅堆反向阻断。这样通过旁路、衰减及阻断后到脉冲变压器T的次级约为百伏的干扰电压，再经T的降压也就只有几十伏的电压，从而解决了S开关导通反窜到控制电路的干扰。

4 性能指标测试

4.1 高压脉冲波形

高压脉冲发生器输出高压脉冲波形如图4所示。

图 4 高 压 脉 冲 发 生 器 输 出 高 压 脉 冲 波 形

高压脉冲输出经TekP6015A1/1000高压探头衰减，由TDS774A数字示波器测量，测试数据自动读出显示。由图4可知，高压脉冲波形光滑无振荡，下降沿15.7ns，脉宽约300ns。

4.2 主要技术指标

表1列出了本机及以往研制的同类产品对应的主要技术性能指标，以对二者进行比较。

表1 高压脉冲发生器主要性能指标

1）高压脉冲幅度提高1倍且调节范围宽，在5～30kV连续可调；

2）对不同的高压脉冲相对外触发延时基本固定不变；

3）增加可预置延时功能，延时10ns～99μs，具有较高的精度；

4）抖动是高压脉冲发生器一个重要指标，本机的抖动很小，而以往研制的抖动很大。

5 结语

本机输出高压脉冲调节范围宽，从5kV至30kV连续可调，可预置，前沿快、抖动小、延时准确，又增加了可预置延时，从而拓宽了应用范围，提高了测量精度。可控延时采用了先进技术，应用单片机，实现了人机对话，操作简便，增加了可靠性，且具有先进性。

高压脉冲形成级采用高压大电流，快前沿、低抖动、长寿命快速氢闸流管，在设计上留有较大余量，确保运行可靠。

采用光耦、变压器隔离、地隔离、多层金属屏蔽等措施，对抑制高压放电产生的电磁干扰以及地电流干扰有明显效果；对高压开关管导通瞬间在触发驱动级产生的多种频率成分的高压回窜强干扰，采用旁路、衰减、阻断等相应的有效方法，保证了触发电路的正常工作。

该机已交付使用，所有技术指标均符合和满足设计规定的指标及使用要求，长期运行工作稳定可靠。