高壓脈沖的準確測量

【摘 要】 文章介紹了利用示波器和探頭抓住高壓脈沖波形，通過對高壓脈沖波形及測量電路的分析，準確判斷測量結果，提高測量準確度和可靠性。

【關鍵詞】 高壓 脈沖 測量

高壓脈沖的測量在儀器檢測實踐中會經常遇到，大型研發機構和元件生產工廠的檢測設備如脈沖試驗機，靜電試驗模擬器以及層間耐壓試驗機等都是以產生脈沖電壓為特征，并且都是高壓脈沖。在計量檢測工作中也經常遇到高壓脈沖的檢測，如何對高壓脈沖進行測量？怎樣準確的測量？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行電壓測量，電壓表測量的是有效值信號而不能測量峰值，峰值的測量采用示波器方法。示波器可以觀測和測量快速的瞬變的信號，特別是現在的數字示波器不僅能夠顯示波形還能夠抓住波形，既可以在靜態的情況下進行觀測和測量，還可以進行準確的分析。要做到準確的測量需要注意幾個問題，例如時標的選取、電壓衰減比的設定，以及采樣速率的適當選擇等。

在上述幾項要求選擇比較合理的情況下，會出現下列如圖1所示的波形。

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

但是為什么會出現下圖所示的波形哪？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產生的，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R1和R2進行分壓，此時電容C1又對R1放電，使得波形出現正峰值A+B，此時完成一個充放電過程。然后對電容C2進行充電，由于電容C2比電容C1大得多，電壓被迅速拉下并且對電阻R2放電，使得出現負電壓波形，當這兩個過程穩定后既電容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是正確的測量值，實際測量正是如此。由于是脈沖電壓，此過程變化非常快，所有變化都是在上升，，之后表現為相對的緩變的過程，此點可以從圖1看到。

在實際測量時，示波器還要注意選擇峰值檢測（Peak）和直流耦合（DC）方式，觸發用連續或單次方式并注意調整好觸發電平等，參照國外的相關檢測報告，此種測量的結果能夠與之相吻合。

圖1 圖2