电声脉冲法测试系统用纳秒脉冲源的研制

摘要

电声脉冲(pulsed electroaeoustie，PEA)法经过多年来的发展，已成为广泛应用的空间电荷测试方法，是推动电介质材料电特性研究的重要技术。纳秒脉冲源是PEA测试系统的重要组成部分，脉冲脉宽和压电传感器厚度共同决定了测试系统的灵敏度和分辨率。
　　本研究根据适用于PEA测试系统的脉冲电源的特点与要求，设计了基于单传输线脉冲形成原理的脉冲电源主电路。在主回路中，高压直流源采用开关电源电路实现，放电开关则使用了水银继电器。文中给出了脉冲电源核心器件的比较选择过程，并对开关电源和放电开关控制电路进行了分析设计。
　　通过Multisim软件，分析了不同匹配阻抗、不同杂散电感对输出波形的影响，建立了连接负载的脉冲电源电路模型，验证了负载连接方式设计。此外，仿真验证了开关电源和放电开关控制电路的设计。
　　在仿真分析的基础上搭建了脉冲电源主电路。通过实测调试，研究了匹配阻抗、接地方式、传输线材质、电磁屏蔽状况对输出波形的影响。对调试中发现的问题进行优化设计，最终制成的脉冲电源可输出幅值0～1kV可调，脉宽50ns，上升沿4ns，波形良好的脉冲方波。
　　为提高脉冲电源在PEA测试系统中的适用性，需要研究缩短脉冲前沿、提高脉冲幅值的技术。为缩短脉冲前沿，分析了校正电容的原理与计算，并仿真验证波形校正效果;为提高脉冲幅值，分析了双传输线脉冲形成原理，并仿真模拟了连接负载的双传输线型脉冲源电路。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 电声脉冲法测试技术

1．2 窄脉冲形成技术

1．2．1 利用微分电路形成窄脉冲

1．2．2 利用峰化电路产生窄脉冲

1．2．3 利用单传输线形成窄脉冲

1．3 研究的目的和意义

1．4 国内外研究现状

1．5 本文的主要工作

第2章 脉冲源电路设计与器件选择

2．1 利用单传输线形成纳秒脉冲

2．1．1 单传输线暂态分析的基本概念

2．1．2 开路线形成窄脉冲的原理

2．1．3 利用单传输线形成脉冲的电路设计

2．2 高压直流源

2．2．1 整流电路

2．2．2 开关电源电路

2．3 放电开关

2．3．1 气体放电开关

2．3．2 半导体开关

2．3．3 水银继电器及其控制电路

2．4 匹配阻抗

2．5 本章小结

第3章 脉冲源电路的Multisim软件仿真

3．1 单传输线型脉冲源主电路仿真

3．1．1 不同传输线器件的脉冲源主电路仿真模拟

3．1．2 不同匹配状况的脉冲源主电路仿真模拟

3．1．3 有杂散电感的脉冲源主电路仿真模拟

3．1．4 连接负载的脉冲源主电路仿真模拟

3．2 开关电源控制电路仿真模拟

3．3 放电开关控制电路仿真模拟

3．4 本章小结

第4章 脉冲源电路的调试与分析

4．1 脉冲开关控制电路的调试

4．2 匹配阻抗的调试

4．3 接地环节的调试

4．4 传输线的调试

4．5 电磁屏蔽环节的调试

4．6 最终脉冲波形

4．7 本章小结

第5章 增强脉冲电源适用性的研究

5．1 脉冲波形校正

5．1．1 脉冲波形校正方法

5．1．2 校正电容对脉冲前沿影响的仿真模拟

5．2 利用双传输线形成脉冲

5．2．1 双传输线脉冲形成原理

5．2．2 未连接负载的双传输线型脉冲源电路仿真

5．2．3 连接负载的双传输线型脉冲源电路仿真

5．3 本章小结

结论

参考文献

致谢