测量用自积分电容分压器设计

作者： 国自电气 时间：2024-10-26 09:44:14 阅读：18

为了研究铁氧体传输线对脉冲前沿的陡化机理,研制了6个耦合式自积分电容分压器测量传输线不同位置的电压波形,以此来分析脉冲前沿的陡化过程。首先通过Pspice建立电容分压器的等效电路模型,从时域和频域上分析了同轴信号电缆匹配方式及低压臂补偿电容的杂散电感对电容分压器测量输出的影响,提出采用多个电容并联的PCB同轴结构减小其杂散电感对脉冲高频振荡的影响,然后根据传输线结构设计了一种低杂散电感的耦合式电容分压器,通过Comsol仿真计算出高、低压臂电容值并推导了理论分压比实验测试了电容分压器工作于D-dot模式和自积分模式时的输出信号,对分压器的分压比及响应时间进行定标,结果表明所研制的电容分压器,实测分压比与理论值接近,响应时间约为2.1ns,实现了6级铁氧体传输线不同位置的脉冲电压的同时测量。

关键词:铁氧体传输线;脉冲电压;电容分压器;阻抗匹配;分压比

实验验证

电容分压器在安装之后需要进行逐个定标,实验采用北极星PVM-6高压探头和电容分压器同时测量,为了减小测量电缆长度不同导致的时延不同,电缆长度均为9m,测量记录的示波器型号为泰克DPO4054B,带宽为500MHz,取样速率为5 GS/s,满足了快脉冲测试的响应要求

1.工作模式

验证利用传输线末端输出脉冲定标,其幅值约为120kV,前沿和脉宽分别为20ns和200ns。增加补偿电容后,电容分压器工作于自积分模式。PVM-6和电容分压器D-dot模式和自积分模式下的仿真与实验波形分别见下图。

由图可看出,分压器分别工作于两种不同模式下,D-dot模式下分压器输出待测电压的变化率,自积分模式下对待测电压进行还原且电压幅值和前沿的测量有很好的一致性。

2.分压比定标

通过调节初级脉冲源中直流电压大小来调节传输线脉冲输出,在不同电压等级下各测量30组实验波形,计算PVM-6和自积分电容分压器输出脉冲峰值的平均值,并由此计算分压比。

3.响应时间定标

对于快前沿脉冲电压信号,电容分压器的响应速度必须足够灵敏才能较好地输出电压波形,因此文中通过多次同等条件实验下的电压波形中提取数据,对分压器响应时间进行定标。

结语

文中基于铁氧体传输线脉冲前沿的陡化实验平台的测试需求,研制了一种脉冲高压电容分压器,通过理论计算与仿真确定了电容分压器的参数,实验验证了不同积分时间下电容分压器的工作模式,对分压器的分压比和响应时间定标计算,分压比为43 005,响应时间为2.1ns,可同时测量6级传输线不同位置的脉冲电压,并能够准确还原高压脉冲信号,已应用于铁氧体传输线脉冲前沿的陡化机理研究。