GIS局部放电模拟用亚纳秒脉冲发生器研究

GIS内部的局部放电脉冲前沿一般在1 ns以内,文中研究脉冲前沿在1 ns以内的快前沿脉冲发生电路,可以在实验中模拟局部放电信号,用于需要局部放电信号的实验中。文中利用晶体三极管的雪崩效应,三极管的雪崩工作时产生的脉冲信号幅值较高,前沿时间较短,可以达到前沿在1 ns之内的要求。选择BFP450型雪崩三极管,制作电路板测量脉冲信号,可以得到特高频脉冲电压信号,可以通过特高频天线进行传输。通过文中设计的脉冲产生电路,可以得到幅值4 V左右,重复频率20 kHz以内,前沿时间1 ns以内的快前沿脉冲信号。     

局部放电检测用超高频脉冲发生器

介绍一种可用于局部放电超高频检测灵敏度标定的新型ns级超高频脉冲发生器的研制,该发生器采用雪崩三极管为开关元件产生超高频脉冲,能较好地应用于超高频检测灵敏度标定。     

基于雪崩三极管的脉冲发生器设计

在中低频段探地雷达系统中,如何得到一个高幅度、窄脉宽的脉冲信号是系统的关键技术之一。而基于雪崩三极管特性的脉冲发生器设计,在中低频段探地雷达系统中得到普遍的运用。通过对雪崩效应工作原理的分析,利用电路仿真软件分析比较几种电路的优缺点,设计了一种基于雪崩三极管的两级Marx脉冲产生电路。可得到底宽3.3ns,峰-峰值70V左右的负脉冲。脉冲波形完整无失真、脉冲拖尾较小,电路设计简单、参数调节方便,应用范围广泛。     

亚纳秒矩形脉冲发生器

本文着重讨论用雪崩晶体管延迟线脉冲发生器产生具有快前沿、低过冲和平坦顶部的大幅度矩形脉冲的方法。在对基本电路研究的基础上,提出了两个改进的雪崩管延迟线脉冲发生器电路。其中之一,通过雪崩管与阶跃二阶管的组合运用,可以产生宽度连续可调、上升和下降时间各约300Ps的亚纳秒矩形脉冲;另一个电路,通过两个普通硅外延平面开关晶体管在雪崩区的串联运用,很容易得到输出脉冲幅度大于60V、上升时间短于ins的大幅度近似阶跃脉冲。最后,还介绍了上述高速矩形脉冲源的可能应用。     

基于雪崩三极管的高重频高压纳秒脉冲产生方法综述

激发大气压脉冲等离子体通常对施加脉冲的要求是k V级幅值、ns级前沿和宽度、k Hz级重复频率,尤其要求脉冲前沿和宽度尽量小,雪崩三极管脉冲产生电路非常适合于这样的要求。本文综述了基于雪崩三极管的脉冲产生方法。首先介绍了雪崩三极管的基本原理和研究概况,进而介绍了多管串联电路、多级Marx电路、多管并联电路以及脉冲截断电路四种典型电路结构的研究现状,分析了各电路的性能特点,并以多级Marx电路为例理论分析了影响输出脉冲幅值、前沿、后沿、脉宽、重复频率、效率和稳定性等参数的关键因素。最后介绍了多管串联Marx电路、多管并联Marx电路以及多路Marx并联电路三种组合型脉冲产生电路的研究进展,并对基本原理进行了分析。     

带截尾开关的高频纳秒脉冲功率源设计

为了获得具有快速上升、下降沿的高频纳秒脉冲,对传统雪崩单管电路的改进电路进行了试验,验证了改进电路能加快充电速度的可行性。设计了两种10级Marx型纳秒级正脉冲发生器,发生器采用磁环隔离的驱动方案,主电路拓扑结构中采用二极管代替传统Marx电路中的所有电阻。在100Ω的阻性负载下进行放电实验,最终重频工作状态下输出峰值上千伏的纳秒脉冲,输出端负载加截尾开关后脉冲的下降沿缩短至3 ns。实验结果表明,改进后的发生器有更高的输出幅值和工作频率,磁环隔离的驱动方案确保了每级雪崩管同时触发导通并且产生具有纳秒上升沿的快脉冲,二极管替代传统Marx电路的所有电阻加快了电容的充电速度、提升了脉冲发生器的工作效率,负载并联截尾开关后脉冲后沿更快,实验结果良好。     

基于现场可编程门阵列的全固态高压ns脉冲发生器

为研究ns脉冲电场诱导肿瘤细胞的凋亡效应,结合Marx发生器原理和全固态开关技术,研制了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)的多参数可调全固态高压ns脉冲发生器。该发生器主要包括高压直流电源、Marx电路、FPGA控制电路和负载4部分。Marx电路采用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为控制开关代替传统的火花间隙开关,用二极管代替电阻。FPGA产生多路同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后可作为MOSFET的原始控制信号,同步驱动多个MOSFET。FPGA控制电路控制充电电压和输出脉冲的宽度、频率,并具有保护功能。实验结果表明,该脉冲发生器可产生幅值(0～8kV)连续可调、脉宽(200～1 000ns)灵活可变、频率(1～1 000Hz)独立可控,前沿35ns的高压ns脉冲,为进一步探索ns脉冲电场生物医学效应奠定了基础。     

高压高重频脉冲发生装置研制

本文介绍了一种高压高重频脉冲发生装置的研制过程,装置主要由脉冲信号源,驱动电路和功率放大电路组成。本文详述使用FPGA设计脉冲信号源的方法,驱动电路中脉冲整形电路的设计思路和在功率放大电路中降低电路寄生参数的手段。装置在1MHz重频下工作,在50Ω负载上测得脉冲前沿低于14ns。     

高稳定度全固态脉冲源的优化设计与评估

为了给电子设备的电磁脉冲环境效应研究提供稳定度高和重复性好的电磁脉冲源,基于雪崩三极管的雪崩效应,采用10级Marx电路结构研制出了一种高稳定度电磁脉冲源。首先对影响脉冲源稳定性的首要因素—三极管的选择作了详细阐述,然后分析了整个脉冲源的稳定性,并给出了相应的优化措施以提高其稳定性,最后提出了脉冲源波形稳定性的评估方法。结果表明,所研制脉冲源的输出负脉冲前沿3 ns,全底脉宽约为10 ns,峰值电压约为1.5 k V,峰值电压、前沿和脉宽的变异系数均5%,验证了输出脉冲的高重复性,表明其可以满足电子设备的电磁脉冲敏感度试验的高稳定度要求。     

基于平衡取样电路的高速脉冲发生器

当宽带取样示波器的平衡取样电路直流偏置电压Voffset不为零时,在选通脉冲的作用下该平衡取样电路将产生一个幅度与直流偏置电压Voffset成正比的高速脉冲。文中详细地分析了高速脉冲与直流偏置电压Voffset、选通脉冲的关系。并针对一个具体的平衡取样电路进行了仿真研究。结果表明,平衡取样电路能够构成一个可控的高速脉冲发生器。     

基于模块化Marx电路和传输线变压器的重频纳秒脉冲源设计

重频纳秒脉冲激励的大气压等离子体放电具有反应活性高等优点。设计了基于模块化雪崩三极管Marx电路和传输线变压器的重频纳秒脉冲源。计算不同Marx模块的导通时延和输出波形的抖动,研究了磁心数量、位置和形状对于输出波形的影响。磁心电感越大、外径与内径之比越大,且位于传输线变压器第一级和最高一级时对脉冲叠加效率的提升作用越明显。提出直接叠加和传输线变压器两种脉冲叠加方式组合的方法,进一步提高输出电压。整体脉冲源可以在50~300Ω负载产生2~14k V,高阻负载产生4~25k V,前沿3.8ns,脉宽7~15ns,重复频率0~10k Hz的重频纳秒脉冲电压,装置结构紧凑,参数调节灵活,方便携带。     

一种超宽带窄脉冲信号发生器的设计

宽度窄、幅度大的脉冲生成是探地雷达系统中要解决的关键问题之一.本文在比较了几种不同实现电路的优缺点,详细分析了雪崩三极管原理的基础,提出利用雪崩三极管的雪崩特性,实现超宽带、窄脉冲的生成.文中给出了电路原理图和实验结果,电路分为正、负脉冲2部分,可生成底宽为纳/亚纳秒级、正、负脉冲的峰-峰值高达160 V的窄脉冲信号,并且脉冲拖尾的振荡起伏小,很好地满足了雷达系统的宽度窄、幅度大的要求.电路结构简单、参数可调、移植性强、适用范围广.     

Design and Simulation of Solid State Pulser with Fast Rise Time and Double-exponential Waveform

Voltage pulses with fast rise time can be obtained from Marx circuits based on avalanche transistors. In this research, the ZETEX avalanche transistors are used as the switches in a Marx circuit to generate stable voltage pulses with double-exponential waveform and fast rise time. By using these transistors, the circuit is able to generate higher pulsed voltage with fewer stages. A three stages and a ten stages Marx circuit, as well as their triggering circuits, are designed. The two Marx circuits are also tested by simulations based on the Pspice code and by experiments, results of which are consistent with each other. With the ten stages Marx circuit, we obtain positive and negative pulses with the rise time of about 1.5 ns, the amplitude above 1 100 V, and the pulse width below 5 ns. It is proved that the proposed Marx circuit equipped with avalanche transistors could be an effective kind of solid-state pulse generator.     

基于Marx电路的全固态纳秒脉冲等离子体射流装置的研制

研制一套具有快边沿纳秒脉冲等离子体射流装置。该装置由基于Marx电路的并带有尾切开关的全固态纳秒脉冲发生器和具有针环电极结构的等离子体射流装置组成。其中,纳秒脉冲源主要由直流电源、控制电路和主电路组成,主电路为10级模块化设计的Marx电路,使用MOSFET作为主开关和尾切开关;控制电路产生同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后同步驱动MOSFET工作。输出纳秒脉冲电压参数为:幅值0~8k V可调,脉宽100~1 000ns,重复频率1Hz~1k Hz,上升沿30ns左右,下降沿50ns以内。等离子体射流装置使用氩气作为工作气体,其结构为针-环电极结构。搭建等离子体射流实验平台,并能够产生稳定的等离子体,为进一步探索大气压等离子射流的应用奠定了基础。     

Compact Subnanosecond Pulse Generator Using Avalanche Transistors for Cell Electroperturbation Studies

Research on the electroperturbation effects of ultrashort high field pulses in cancer cells requires subnanosecond rise time, high voltage pulses delivered to low impedance biological loads. Here we present a compact solid-state pulse generator developed for this application. The pulse is generated by switching a chain of avalanche transistors configured as a tapered transmission line from high voltage to ground. The system features a built in 1400:1 capacitively compensated resistive voltage divider. The divider, with a 3 dB point at 910 MHz, overcomes challenges in the direct measurement of the high frequency components of the output pulse. The generator is capable of producing a 0.8 ns rise time, 1.3 ns wide, 1.1 kV pulse into a 50 Omega load at a maximum repetition rate of 200 kHz. Techniques to implement physical layouting strategies to achieve subnanosecond rise times are outlined. Problems faced in integrating the subnanosecond pulse generator with a biological load are discussed. This pulse generator will be used in experiments aimed at electromanipulation of intracellular biomolecular structures.     

Enhanced polymer ablation rates using high-repetition-rateultraviolet lasers

Etch rates (μm/pulse) for glycol-modified polyethylene terephthalate (PETG) under pulsed UV (255 nm) laser processing are measured as a function of pulse repetition frequency in the range 0.7-15 kHz. Materials removal rates (μm/s) scale approximately linearly with pulse repetition frequency at a fluence of 0.59 J/cm², and there appears to be no attenuation of the ablating laser beam by the ejected material plume for pulse rates up to 15 kHz. The instantaneous etch rate for pulses in a sequence increases markedly (~40%) for long pulse sequences (>100 pulses) at high PRF (15 kHz), an effect which can be used to increase machining rates while operating at a moderate laser fluence     

10kV重复频率方波脉冲源的研制

为进行绝缘材料在快前沿高压脉冲作用下的局部放电和绝缘老化的试验研究,研制了1台最高输出电压为10kV的重复频率高压方波脉冲发生器。该方波发生器采用可调直流高压电源和储能电容器作为能源系统,利用半导体固态开关作为主放电开关控制脉冲宽度和重复频率,通过脉冲放电回路在负载上形成所需的电压脉冲。其半导体固态开关采用具有低耦合电容的紧凑型快速高压金属氧化层半导体场效应晶体管(MOSFET)开关,通过复杂可编程逻辑控制器(CPLD)可编程逻辑电路实现开关通断控制。实测结果表明,该脉冲源可以产生脉冲上升沿约为80ns、最小脉冲宽度为320ns的高压准方波脉冲,最高输出幅值达到±10kV,脉冲重复频率的可调范围为1～3kHz,性能指标满足绝缘材料的局部放电以及绝缘老化试验的要求。     

采用雪崩晶体管产生窄脉冲

文中详细介绍了雪崩晶体管的工作原理，介绍和分析了一些可用于单脉冲选取、高速摄影控制、探地雷达以及固态脉冲源的典型电路，并给出这些脉冲电路的测试结果。     

基于嵌入式实时系统的磁光开关驱动电路设计

设计并制作了薄膜型磁光开关的驱动电路系统,电路系统包括开关电源部分、按键及液晶显示部分、驱动电路部分和软件控制系统部分。开关电源部分为驱动电路提供电压,控制系统部分控制按键操作和液晶显示,并且控制驱动电路输出。电路系统充分利用UC/OS-Ⅱ实时系统,通过软件算法控制切换开关状态,产生正负方波脉冲。结果表明,电路可以在50Hz～30kHz频率范围内实现电流低于2A的输出,频率调节精度达到±2kHz。该电路系统高效简单、精度高、操作界面人性化并且可实现宽频范围内的可变频及可变占空比的功能,具有较高的实用价值。