高壓脈沖的準(zhǔn)確測(cè)量

【摘 要】 文章介紹了利用示波器和探頭抓住高壓脈沖波形，通過對(duì)高壓脈沖波形及測(cè)量電路的分析，準(zhǔn)確判斷測(cè)量結(jié)果，提高測(cè)量準(zhǔn)確度和可靠性。

【關(guān)鍵詞】 高壓 脈沖 測(cè)量

高壓脈沖的測(cè)量在儀器檢測(cè)實(shí)踐中會(huì)經(jīng)常遇到，大型研發(fā)機(jī)構(gòu)和元件生產(chǎn)工廠的檢測(cè)設(shè)備如脈沖試驗(yàn)機(jī)，靜電試驗(yàn)?zāi)M器以及層間耐壓試驗(yàn)機(jī)等都是以產(chǎn)生脈沖電壓為特征，并且都是高壓脈沖。在計(jì)量檢測(cè)工作中也經(jīng)常遇到高壓脈沖的檢測(cè)，如何對(duì)高壓脈沖進(jìn)行測(cè)量？怎樣準(zhǔn)確的測(cè)量？在這里介紹一種有效的方法。

由于是脈沖電壓，所以不能用通常的電壓表進(jìn)行電壓測(cè)量，電壓表測(cè)量的是有效值信號(hào)而不能測(cè)量峰值，峰值的測(cè)量采用示波器方法。示波器可以觀測(cè)和測(cè)量快速的瞬變的信號(hào)，特別是現(xiàn)在的數(shù)字示波器不僅能夠顯示波形還能夠抓住波形，既可以在靜態(tài)的情況下進(jìn)行觀測(cè)和測(cè)量，還可以進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。要做到準(zhǔn)確的測(cè)量需要注意幾個(gè)問題，例如時(shí)標(biāo)的選取、電壓衰減比的設(shè)定，以及采樣速率的適當(dāng)選擇等。

在上述幾項(xiàng)要求選擇比較合理的情況下，會(huì)出現(xiàn)下列如圖1所示的波形。

如不能產(chǎn)生出下述的波形可按如下設(shè)定參數(shù)，脈沖周期為0.5s、時(shí)標(biāo)設(shè)定10ms/div、電壓衰減選擇1V/div、使用1000X（1000倍）的探頭測(cè)量1kV的脈沖高壓，基本可以得到下列波形。測(cè)量峰值電壓會(huì)有三種結(jié)果，一是A+B兩者的和，結(jié)果可能是1.3kV或1.2kV等，而不是1kV；第二是A+B+C三者的和，結(jié)果則會(huì)高出更多，這顯然是不是所需要的測(cè)量結(jié)果；第三是B。為什么會(huì)這樣哪？被測(cè)儀器輸出的是峰值，測(cè)量結(jié)果卻有三個(gè)既B；A+B；A+B+C，經(jīng)過分析比較接近測(cè)量的值是測(cè)量結(jié)果B，也就是說B是更接近的所要測(cè)量的值。

但是為什么會(huì)出現(xiàn)下圖所示的波形哪？高出的一段A是什么值？C又是什么值？綜合分析是探頭和輸入電路的電容效應(yīng)產(chǎn)生的，見圖2，既高壓探頭由R1和R2電阻分壓后加入示波器的輸入端，由于電阻的分布電容C1的影響，使得剛剛加入的高壓迅速將C1充滿電荷，之后才開始對(duì)R1和R2進(jìn)行分壓，此時(shí)電容C1又對(duì)R1放電，使得波形出現(xiàn)正峰值A(chǔ)+B，此時(shí)完成一個(gè)充放電過程。然后對(duì)電容C2進(jìn)行充電，由于電容C2比電容C1大得多，電壓被迅速拉下并且對(duì)電阻R2放電，使得出現(xiàn)負(fù)電壓波形，當(dāng)這兩個(gè)過程穩(wěn)定后既電容C1和C2被充滿電后，電阻的分壓比才正確反映到輸入端上來，既電壓值B是正確的測(cè)量值，實(shí)際測(cè)量正是如此。由于是脈沖電壓，此過程變化非常快，所有變化都是在上升，，之后表現(xiàn)為相對(duì)的緩變的過程，此點(diǎn)可以從圖1看到。

在實(shí)際測(cè)量時(shí)，示波器還要注意選擇峰值檢測(cè)（Peak）和直流耦合（DC）方式，觸發(fā)用連續(xù)或單次方式并注意調(diào)整好觸發(fā)電平等，參照國外的相關(guān)檢測(cè)報(bào)告，此種測(cè)量的結(jié)果能夠與之相吻合。

圖1 圖2