專利名稱：一種大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號(hào)發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體分立器件，包括晶體管、MOS管、晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等在大功率、高反壓、大電流、低噪聲等方面有著集成電路不可替代的作用和優(yōu)勢(shì)，因此市場(chǎng)前景十分廣闊。然而對(duì)大功率分立器件的測(cè)試，為了避免直流電流/電壓連續(xù)測(cè)試時(shí)，分立器件的結(jié)溫上升造成測(cè)試精度不高的影響，脈沖電流/電壓測(cè)試是首選方法。對(duì)于大功率分立器件的脈沖測(cè)試，必須有大功率脈沖電流/電壓激勵(lì)源，以輸出脈寬、占空比和幅度可調(diào)的脈沖電流/電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種脈寬、占空比和幅度可調(diào)的大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路，以滿足大功率分立器件的測(cè)試。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路，其特征在于，包括一脈沖源，用于輸出一個(gè)頻率及占空比可調(diào)的周期性脈沖信號(hào)；—比較器，接收周期性脈沖信號(hào)，當(dāng)周期性脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，其輸出端為開路，當(dāng)周期性脈沖信號(hào)為低電平時(shí)，其輸出端接地；一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將代表幅度的可調(diào)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為幅度模擬信號(hào)，然后輸出誤差放大器中；一誤差放大器，將數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的幅度模擬信號(hào)與峰值檢波電路得到脈沖峰值進(jìn)行比較，當(dāng)幅度模擬信號(hào)比脈沖峰值大時(shí)，使誤差放大器的輸出幅值增大，反之則減?。灰还β史糯笃?，接比較器的輸出端，同時(shí)通過一輸入電阻接誤差放大器輸出端，比較器在脈沖源輸出的周期性脈沖信號(hào)控制下，在周期性脈沖信號(hào)為低電平時(shí)將其輸出端接地，使功率放大器的輸入端接地，此時(shí)電阻的作用就是分擔(dān)誤差放大器輸出端的電壓；在周期性脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，將其輸出端開路，此時(shí)，功率放大器的輸入端的電壓與誤差放大器輸出端的電壓相同，此時(shí)電阻不起作用，因?yàn)殡娮璧淖柚岛凸Ψ诺妮斎胱杩瓜啾仁强梢院雎缘?。這樣，功率放大器的輸入端為誤差放大器輸出進(jìn)行斬波后的、與周期性脈沖信號(hào)頻率及占空比相同的脈沖信號(hào)；一脈沖電流采樣電路，用于對(duì)功率放大器的輸出大功率脈沖電流進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換成電壓；一脈沖電壓采樣電路，用于對(duì)功率放大器的輸出大功率脈沖電壓進(jìn)行采樣；一脈沖電流/電壓采樣選擇開關(guān)，用于選擇脈沖電流采樣電路或脈沖電壓采樣電路的采樣脈沖輸出電壓送入峰值檢波電路；一峰值檢波電路，用于對(duì)采樣脈沖輸出電壓進(jìn)行峰值檢測(cè)，得到脈沖峰值，送回誤差放大器中。本發(fā)明的發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路包括脈沖源、比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、誤差放大器、功率放大器、脈沖電流采樣電路、脈沖電壓采樣電路、脈沖電流/電壓采樣選擇開關(guān)以及峰值檢波電路，其中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器、誤差放大器、功率放大器、脈沖電流采樣電路、脈沖電壓采樣電路、脈沖電流/電壓采樣選擇開關(guān)以及峰值檢波電路構(gòu)成負(fù)反饋環(huán)路。數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的幅度模擬信號(hào)與峰值檢波電路得到脈沖峰值進(jìn)行在誤差放大器中比較，當(dāng)幅度模擬信號(hào)比峰值檢波電路得到脈沖峰值即反饋值大時(shí)，使誤差放大器的輸出電壓增大，通過功率放大器放大，輸出大功率脈沖電流/電壓幅值增大；然后，通過脈沖電流采樣電路對(duì)功率放大器的輸出大功率脈沖電流進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換成電壓、脈沖電壓采樣電路對(duì)功率放大器的輸出大功率脈沖電壓進(jìn)行采樣，經(jīng)脈沖電流/電壓采樣選擇開關(guān)選擇后將采樣脈沖輸出電壓送入峰值檢波電路，峰值檢波電路輸出脈沖峰值也增大，送回誤差放大器中，構(gòu)成負(fù)反饋，使誤差放大器的輸出電壓減小，最終使脈沖峰值等于數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的幅度模擬信號(hào)。反之，當(dāng)幅度模擬信號(hào)比峰值檢波電路得到脈沖峰值即反饋值小時(shí)，脈沖峰值也減小，最終使脈沖峰值等于數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的幅度模擬信號(hào)。這樣，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的幅度模擬信號(hào)可以改變輸出大功率脈沖電流/電壓的幅度。同時(shí)，輸出的大功率脈沖電流/電壓用于半導(dǎo)體分立器件，如晶體管、MOS管、晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管等， 負(fù)載是非線性的，由于本發(fā)明對(duì)輸出的大功率脈沖電流/電壓進(jìn)行采樣，進(jìn)行負(fù)反饋比較， 使輸出與幅度模擬信號(hào)相等，因此，本發(fā)明輸出大功率脈沖電流/電壓的幅度是恒定，不會(huì)隨負(fù)載的變化而變化。在本發(fā)明中功率放大器接比較器的輸出端，同時(shí)通過一輸入電阻接誤差放大器輸出端。比較器在脈沖源輸出的周期性脈沖信號(hào)控制下，在周期性脈沖信號(hào)為低電平時(shí)將其輸出端接地，使功率放大器的輸入端接地；在周期性脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，將其輸出端開路，此時(shí)，功率放大器的輸入端的電壓與誤差放大器輸出端的電壓相等。所以，功率放大器的輸入端為誤差放大器輸出進(jìn)行斬波后的、與周期性脈沖信號(hào)頻率及占空比相同的脈沖信號(hào)，這樣，可以通過調(diào)節(jié)脈沖源輸出的周期性脈沖信號(hào)的頻率及占空比來調(diào)節(jié)輸出的大功率脈沖電流/電壓的頻率及占空比。


圖1是本發(fā)明大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路的原理框圖；圖2是本發(fā)明大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路一具體實(shí)施方式
原理框圖；圖3是圖2所示誤差放大器及比較器電路原理圖；圖4是圖2所示功率放大器的電原理圖；圖5是圖2所示脈沖電流采樣電路的電原理圖；圖6是圖2所示峰值檢波電路的電原理圖；圖7是圖2所示大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路正脈沖電流輸出各測(cè)試點(diǎn)的波形圖；圖8是圖2所示大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路負(fù)脈沖電流輸出各測(cè)試點(diǎn)的波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。圖1是本發(fā)明大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路的原理框圖。如圖1所示，本發(fā)明大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路包括由數(shù)模轉(zhuǎn)換器、誤差放大器、功率放大器、脈沖電流采樣電路、脈沖電壓采樣電路、脈沖電流/電壓采樣選擇開關(guān)Sl 以及峰值檢波電路構(gòu)成負(fù)反饋環(huán)路，起到對(duì)大功率脈沖電流/電壓的幅度調(diào)節(jié)作用。另外， 功率放大器接比較器的輸出端，同時(shí)通過一輸入電阻Ri接誤差放大器輸出端，這樣，構(gòu)成一個(gè)斬波電路，功率放大器的輸入端為誤差放大器輸出進(jìn)行斬波后的、與周期性脈沖信號(hào)頻率及占空比相同的脈沖信號(hào)，這樣，可以通過調(diào)節(jié)脈沖源輸出的周期性脈沖信號(hào)的頻率及占空比來調(diào)節(jié)輸出的大功率脈沖電流/電壓的頻率及占空比。詳細(xì)工作原理在前面已經(jīng)進(jìn)行了說明，在此不再贅述。實(shí)施例圖2是本發(fā)明大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路一具體實(shí)施方式
原理框圖。在本實(shí)施例中，如圖2所示，本發(fā)明大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路還包括一 CPU， CPU的作用是向發(fā)出大功率脈沖電流/電壓的占空比、頻率以及幅度控制字。在本實(shí)施例中，脈沖源用一 FPGA芯片來實(shí)現(xiàn)，包括脈沖占空比配制寄存器、脈沖頻率配制寄存器以及脈沖產(chǎn)生電路，脈沖占空比配制寄存器、脈沖頻率配制寄存器將CPU提供的占空比控制字、 頻率控制字暫存，并控制脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生相應(yīng)占空比、頻率的周期性脈沖信號(hào)。此外，在本實(shí)施例中，F(xiàn)PGA中還包括一 DA配制寄存器，用于存放CPU提供的幅度控制字，并產(chǎn)生相應(yīng)幅度的可調(diào)數(shù)字信號(hào)給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器通過負(fù)反饋環(huán)路進(jìn)而控制大功率脈沖電流/電壓的大小，即幅度。圖3是圖2所示誤差放大器及比較器電路原理圖。在本實(shí)施例中，如圖2、3所示，F(xiàn)PGA芯片的脈沖產(chǎn)生電路輸出的周期性脈沖信號(hào)為高電平3. 2V、低電平0. IV，輸入到比較器的正端+，而比較器的負(fù)端-連接到1. 5V，當(dāng)周期性脈沖信號(hào)為高電平3. 2V時(shí)，其輸出端為開路，當(dāng)周期性脈沖信號(hào)為低電平0. IV時(shí)，其輸出端接地。在本實(shí)施中，如圖2所示，誤差放大器包括運(yùn)算放大器Al、電壓檔位開關(guān)S2、電阻 R0、RU R2、R3以及補(bǔ)償電路。數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端即測(cè)試點(diǎn)V17由電壓檔位開關(guān)S2選擇通過電阻RO或電阻Rl接到運(yùn)算放大器Al的負(fù)端-，峰值檢波電路得到脈沖峰值通過電阻R2 也連接到運(yùn)算放大器Al的負(fù)端_，運(yùn)算放大器Al的正端+通過電阻R3連接到地，補(bǔ)償電路連接在運(yùn)算放大器Al的負(fù)端-與輸出端之間，如圖3所示補(bǔ)償電路為電容Cl。其作用為使輸出，的脈沖電壓/電流幅度穩(wěn)定，破壞負(fù)反饋環(huán)路的的元器件對(duì)反饋信號(hào)的附加相移引起負(fù)反饋環(huán)路的自激震蕩條件，保持負(fù)反饋環(huán)路的穩(wěn)定；另一個(gè)作用保持誤差放大器輸出電壓的穩(wěn)定。在本實(shí)施例中，R2 = RLRO = 1/2R1，為了便于數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的幅度模擬信號(hào)與峰值檢波電路得到脈沖峰值進(jìn)行比較，在本實(shí)施例中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的幅度模擬信號(hào)為負(fù)值。數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的幅度模擬信號(hào)為-5V直流電壓時(shí)，在開關(guān)S2打到電阻R1，則脈沖峰值為5V直流電壓，如果開關(guān)S2打到電阻R1，則脈沖峰值為IOV直流電壓，使得運(yùn)算放大器Al的負(fù)端-保持為0，因?yàn)檫\(yùn)算放大器Al的正端+通過電阻R3連接到地，通過負(fù)反饋環(huán)路使其保持為0。這可以通過切換電阻RO或電阻Rl來改變大功率脈沖電流電壓產(chǎn)生電路的電壓檔位/量程，即電阻RO對(duì)于IOV檔、電阻Rl對(duì)應(yīng)5V檔。在本實(shí)施例中，如圖2所示，功率放大器的輸入端通過開關(guān)S3選擇直接接比較器的輸出端或選擇通過反向器接比較器的輸出端，即測(cè)試點(diǎn)V3，然后再通過一輸入電阻Ri接誤差放大器輸出端，即測(cè)試點(diǎn)V2。如果功率放大器的輸入端通過開關(guān)S3選擇直接接比較器的輸出端時(shí)，比較器在脈沖源輸出的周期性脈沖信號(hào)控制下，在周期性脈沖信號(hào)為低電平時(shí)將其輸出端即測(cè)試點(diǎn) V3接地，使功率放大器的輸入端接地；在周期性脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，將其輸出端開路，此時(shí)，功率放大器的輸入端的電壓與誤差放大器的輸出電壓相等，這樣，功率放大器的輸入端為誤差放大器輸出進(jìn)行斬波后的、與周期性脈沖信號(hào)頻率及占空比相同的脈沖信號(hào)。如果功率放大器的輸入端通過開關(guān)S3選擇通過反向器接比較器的輸出端時(shí)，功率放大器的輸入端為誤差放大器輸出進(jìn)行斬波后的、與周期性脈沖信號(hào)頻率及占空比相同但反向的脈沖信號(hào)。圖4是圖2所示功率放大器的電原理圖。為了達(dá)到20A的大功率脈沖電流輸出能力，所以必須加入功率放大電路。在本實(shí)施例中，如圖4所示，功率放大器采用分立的功率達(dá)林頓管來實(shí)現(xiàn)功率放大。分立達(dá)林頓管優(yōu)勢(shì)就在于，價(jià)格比較便宜。在本實(shí)施例中，選擇的功率三極管是安森美公司的MJ11032和MJ11033達(dá)林頓管，達(dá)林頓管可以提供50A的連續(xù)電流，甚至可以提供最大達(dá)到100A的短時(shí)脈沖電流。當(dāng)測(cè)試點(diǎn)V5和V6間的電壓高于其導(dǎo)通電壓時(shí)，達(dá)林頓管MJ11032，即Ql導(dǎo)通，并測(cè)試點(diǎn)V5處的輸入電流進(jìn)行放大，然后從輸出端，即測(cè)試點(diǎn)V6輸出。此時(shí)的輸出的為正向脈沖電流或脈沖電壓。當(dāng)測(cè)試點(diǎn)V5和V6間的電壓低于其導(dǎo)通電壓時(shí)，達(dá)林頓管MJ11033， 即Q2導(dǎo)通，并對(duì)測(cè)試點(diǎn)V5處的輸入電流進(jìn)行放大，此時(shí)的輸出的為負(fù)向脈沖電流或脈沖電壓。保護(hù)電阻R4、R5和三極管Q3，Q4配合使用對(duì)MJl 1032，MJl 1033起保護(hù)作用。保護(hù)電阻R4、R5的阻值都為25毫歐，所以當(dāng)電流為28A時(shí)，電阻上的分壓達(dá)到0. 7V，Q3為8050 三極管，Q4為8550三極管。所以當(dāng)經(jīng)過電阻RO流出MJ11032的電流達(dá)到28A的時(shí)候，那么上面的分壓就達(dá)到了 0. 7V，就達(dá)到了三極管Q3的導(dǎo)通電壓，所以三極管Q3這時(shí)就會(huì)導(dǎo)通，對(duì)流入達(dá)林頓管Ql的基極電流進(jìn)行分流，進(jìn)而限制了達(dá)林頓管Ql的流出電流，不會(huì)超過觀々，起到保護(hù)達(dá)林頓管Ql的作用。同理保護(hù)電阻R5和三極管Q4對(duì)達(dá)林頓管Q2起到保護(hù)作用。在本實(shí)施例中，如圖2所示，脈沖電流采樣電路包括電流采樣電阻RS、差分放大器 A2，電流采樣電阻RS對(duì)功率放大器的輸出大功率脈沖電流進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換成電壓，電流采樣電阻RS兩端，即測(cè)試點(diǎn)V6、V7分別連接到差分放大器A2的正負(fù)輸入端，經(jīng)過差分放大器A2 進(jìn)行5倍放大和阻抗變換后輸出。在本實(shí)施例中，開關(guān)S4選擇直接將差分放大器A2的輸出直接或經(jīng)過反向器送到脈沖電流/電壓采樣選擇開關(guān)Sl的脈沖電流端。圖5是圖2所示脈沖電流采樣電路的電原理圖。
由于輸出的大功率脈沖電流有時(shí)會(huì)達(dá)到20A之大，所以本發(fā)明的脈沖電流采樣電路和小電流下的電流采樣電路有所不同。如圖5所示，在本實(shí)施例中，為了獲得比較高的電流檢測(cè)精度，設(shè)置了三個(gè)電流檢測(cè)檔位，分別為IA檔，IOA檔，20A檔。在完成具體的測(cè)試任務(wù)時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際檢測(cè)的電流大小選擇不同的電流檢測(cè)檔位?？紤]到電流采樣電阻不要有太大的分壓，否則會(huì)影響輸出的最大電壓。另一方面考慮采樣電阻的不要有較大的功耗，否則不利于電阻阻值的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響測(cè)試精度。所以RSl選1歐姆，RS2選0. 1歐姆，RS3選0. 05歐姆。圖2所示的開關(guān)由繼電器來實(shí)現(xiàn)，由于繼電器的導(dǎo)通電阻相比模擬開關(guān)來講一般比較小，約為0.1歐或者低一些，并且通電流能力大。所以電流檔位開關(guān)SW1-1，SW1-2， Sff2-1, Sff3-1選G6K ；Sff2-2, SW3-2選G6B。其中G6K的接觸電阻0. 1歐姆以下；額定通電流能力為IA ；G6B的接觸電阻0. 03歐姆以下；額定通電流能力為8A ；考慮到輸出的電流或電壓都是脈沖式的，且占空比一般很小為2%左右，所以繼電器的通流能力是沒問題的。但是由于采樣電阻RS較小，繼電器的導(dǎo)通電阻和采樣電阻相比不能被忽略，為了避免繼電器對(duì)電流采樣造成的影響，必須使得用于連接采樣電阻和差分放大器A2輸入端的繼電器上沒有電流流過，這樣才能確保繼電器上沒有分壓，進(jìn)而不會(huì)對(duì)電流采樣造成影響，所以按照?qǐng)D5所示的接法來實(shí)現(xiàn)脈沖電流的采樣，即每一擋的采樣電阻的一端接有兩個(gè)電流檔位開關(guān)，通過一個(gè)電流檔位開關(guān)連接到差分放大器的一個(gè)輸入端，另一個(gè)電流檔位開關(guān)接通該檔位電流輸出回路。在本實(shí)施例中，如圖2所示，脈沖電壓采樣電路主要由差分放大器A3構(gòu)成，RL為負(fù)載，差分放大器A3用于對(duì)功率放大器的輸出大功率脈沖電壓進(jìn)行采樣和阻抗變換。開關(guān)S5選擇直接將放大器A3的輸出直接或經(jīng)過反向器送到脈沖電流/電壓采樣選擇開關(guān)Sl的脈沖電壓端。如圖2所示，脈沖電流/電壓采樣選擇開關(guān)Sl，用于選擇脈沖電流采樣電路或脈沖電壓采樣電路的采樣脈沖輸出電壓送入峰值檢波電路。圖6是圖2所示峰值檢波電路的電原理圖。誤差放大器通過負(fù)反饋環(huán)路來精確控制脈沖電流或電壓的幅值，所以必須把脈沖電流或電壓的幅度值反饋到誤差放大器的輸入端。反饋脈沖信號(hào)的幅度值，離不開峰值檢波電路對(duì)脈沖信號(hào)幅值的檢測(cè)，具體峰值檢測(cè)電路如圖6所示，用于對(duì)采樣脈沖輸出電壓進(jìn)行峰值檢測(cè)，得到脈沖峰值，送回誤差放大器中。在圖6中，運(yùn)放A4和A5的作用就是，把峰值檢波電路與輸入電路和輸出電路隔離開，避免輸入輸出電路對(duì)峰值檢波電路的影響。二極管Dl的作用是，當(dāng)輸入信號(hào)電壓值大于峰值檢波電路的輸出電壓時(shí)Dl截止， 輸入運(yùn)放A4處于開環(huán)放大狀態(tài)，可以通過二極管D2和D3對(duì)電容進(jìn)行快速充電。當(dāng)輸入信號(hào)的電壓值小于檢波電壓值時(shí)，Dl導(dǎo)通，輸入運(yùn)放A4處于跟隨狀態(tài)，避免運(yùn)放A4內(nèi)部的晶體管進(jìn)入飽和或者截止?fàn)顟B(tài)，影響對(duì)峰值檢波速度。二極管D2，D3和電阻R5的作用就是限制電容電荷的泄露速度，即使由于輸入信號(hào)電壓小于峰值檢測(cè)電路輸出電壓的時(shí)候，造成二極管D2有較小的漏電流。但是這個(gè)漏電流的大小等于二極管D3的反向漏電流和電阻R5上的電流之和，由于二極管D3的反向阻抗很大，遠(yuǎn)大于電阻R5的阻抗，二極管D2的漏電流基本上由電阻R2上的電流提供，所以二極管 D3的反向漏電流很小。電阻R4的作用就是當(dāng)輸入信號(hào)的電壓值低于檢測(cè)電路輸出電壓時(shí)，分擔(dān)測(cè)試點(diǎn) V20和V21間的電位差，使得的峰值檢測(cè)電路的輸出電壓保持穩(wěn)定，不受輸入信號(hào)電壓的降低的影響。三極管Q的作用是，當(dāng)完成一次測(cè)試項(xiàng)目時(shí)，在控制信號(hào)的控制下對(duì)電容C2進(jìn)行快速放電，以免電容C2上保持的電壓對(duì)下次的測(cè)試任務(wù)造成影響。電阻R6的作用就是對(duì)電容C2進(jìn)行微弱放電，使得峰值檢測(cè)電路可以快速響應(yīng)輸入信號(hào)峰值變化，特別是輸入信號(hào)的峰值減小時(shí)，峰值檢測(cè)電路可以快速跟蹤最新的輸入信號(hào)的峰值。(補(bǔ)充一下)圖6中的輸入輸出運(yùn)放，在三極管，電阻和電容的配合下，完成對(duì)輸入信號(hào)的峰值檢測(cè)。當(dāng)輸入信號(hào)電壓高于峰值檢測(cè)電路的輸出電壓時(shí)，檢測(cè)電路的輸出可以快速跟蹤輸入信號(hào)；當(dāng)輸入信號(hào)電壓低于峰值檢測(cè)電路輸出電壓時(shí)，檢測(cè)電路的輸出可以保持原有電壓不變，不受輸入信號(hào)電壓的影響。達(dá)到峰值檢測(cè)的目的。1、輸出大功率正脈沖電流如圖2所示的大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的用于調(diào)節(jié)脈沖電流/電壓幅度的輸出電壓范圍-5V 0V，差分放大器A2的放大倍數(shù)固定為5倍，采樣電阻RS根據(jù)三種檔位IA檔，IOA檔，20A檔分別選1歐，0. 1歐，0. 05歐。設(shè)置負(fù)載電阻RL為1歐，脈沖電流檔位為IA檔時(shí)，輸出IA的脈沖電流，采樣電阻 RS兩端電壓的幅度為IV，電路中幾個(gè)關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)的電壓波形圖如圖7所示。開關(guān)S4選擇直接將差分放大器A2的輸出的5V脈沖信號(hào)直接送到脈沖電流/電壓采樣選擇開關(guān)Si的脈沖電流端。脈沖電流/電壓采樣選擇開關(guān)Sl選擇脈沖電流端，將 5V脈沖信號(hào)送入峰值檢波電路得到5V峰值電壓直流信號(hào)，峰值檢波電路將5V峰值電壓直流信號(hào)輸出，然后通過R2到運(yùn)算放大器Al的負(fù)端。測(cè)試點(diǎn)V17的電壓為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓即參考電壓-5V，電壓檔位開關(guān)S2打到測(cè)試點(diǎn)V19處(電流檔位均置于此處)，由于電阻Rl =R2，通過采用電阻RSl = 1歐姆， 采樣到幅度為IV的脈沖電壓信號(hào)，在脈沖電流采樣電流中放大后，通過電路穩(wěn)定后V16點(diǎn)的電壓為5V，V2的電壓為3V左右，采樣電阻上有IV壓降，負(fù)載電阻上有IV壓降，繼電器以及功放上的壓降約為IV，此時(shí)，輸出的大功率脈沖電流的幅度為1A。當(dāng)FPGA產(chǎn)生的周期性脈沖信號(hào)為高電平3. 2V時(shí)，比較器正偏，輸出級(jí)開路，相當(dāng)于比較器與外部電路斷開，功率放大器的輸入端通過開關(guān)S3選擇直接接比較器的輸出端即測(cè)試點(diǎn)V3，然后再通過一輸入電阻Ri接誤差放大器輸出端，即測(cè)試點(diǎn)V2。這時(shí)測(cè)試點(diǎn)V3 的電壓與測(cè)試點(diǎn)V2的電壓都為3V，測(cè)試點(diǎn)V8與測(cè)試點(diǎn)V12的電壓為IV，測(cè)試點(diǎn)V9與V15 為5V，測(cè)試點(diǎn)V16為5V。當(dāng)FPGA產(chǎn)生的周期性脈沖信號(hào)為低電平時(shí)比較器反偏，輸出級(jí)接地，相當(dāng)于負(fù)反饋環(huán)路被切斷，這時(shí)測(cè)試點(diǎn)V3的電壓為0V，測(cè)試點(diǎn)V8與V12的電壓為0V，測(cè)試點(diǎn)V9與V15 為0，由于峰值檢測(cè)電路能夠保持輸出脈沖的幅值，所以V16為5V，這時(shí)輸入電阻Ri的作用就是分擔(dān)測(cè)試點(diǎn)V2處的電壓，這樣輸出脈沖電流的脈沖波形與FPGA控制脈沖的波形形狀
是一致的。2、輸出大功率負(fù)脈沖電流
如圖2所示的大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的用于調(diào)節(jié)脈沖電流/電壓幅度的輸出電壓范圍-5V 0V，差分放大器A2的放大倍數(shù)固定為5倍，采樣電阻RS根據(jù)三種檔位IA檔，IOA檔，20A檔分別選1歐，0. 1歐，0. 05歐。設(shè)置負(fù)載電阻RL為1歐，脈沖電流檔位為IA檔時(shí)，輸出-IA的脈沖電流，采樣電阻RS兩端電壓的幅度為-IV，電路中幾個(gè)關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)的電壓波形圖如圖8所示。開關(guān)S4選擇將差分放大器A2的輸出經(jīng)過反向器送到脈沖電流/電壓采樣選擇開關(guān)Sl的脈沖電流端。脈沖電流/電壓采樣選擇開關(guān)Sl選擇脈沖電流端，將5V脈沖信號(hào)送入脈沖檢波電路得到5V峰值電壓直流信號(hào)，脈沖檢波電路將5V峰值電壓直流信號(hào)輸出，然后通過R2到運(yùn)算放大器Al的負(fù)端。測(cè)試點(diǎn)V17的電壓為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓即參考電壓-5V，電壓檔位開關(guān)S2打到測(cè)試點(diǎn)V19處(電流檔位均置于此處)，由于電阻Rl =R2，通過采用電阻RSl = 1歐姆， 采樣到幅度為IV的脈沖電壓信號(hào)，在脈沖電流采樣電流中放大后，通過電路穩(wěn)定后V16點(diǎn)的電壓為5V，V2的電壓為3V左右，此時(shí)，輸出的大功率脈沖電流的幅度為-1A。當(dāng)FPGA產(chǎn)生的周期性脈沖信號(hào)為高電平3. 2V時(shí)，比較器正偏，輸出級(jí)開路，相當(dāng)于比較器與外部電路斷開，功率放大器的輸入端通過開關(guān)S3選擇通過反向器接比較器的輸出端即測(cè)試點(diǎn)V3，然后再通過一輸入電阻Ri接誤差放大器輸出端，即測(cè)試點(diǎn)V2。這時(shí)測(cè)試點(diǎn)V3的電壓與測(cè)試點(diǎn)V2的電壓都為3V，測(cè)試點(diǎn)V8與測(cè)試點(diǎn)V12的電壓幅度為-IV，測(cè)試點(diǎn)V9的幅度為-5V，V15的幅度為5V，測(cè)試點(diǎn)V16為5V。當(dāng)FPGA產(chǎn)生的周期性脈沖信號(hào)為低電平時(shí)比較器反偏，輸出級(jí)接地，相當(dāng)于負(fù)反饋環(huán)路被切斷，這時(shí)測(cè)試點(diǎn)V3的電壓為0V，測(cè)試點(diǎn)V8與V12的電壓為0V，測(cè)試點(diǎn)V9與V15 為0，由于峰值檢測(cè)電路能夠保持輸出脈沖的幅值，所以V16為5V，這時(shí)輸入電阻Ri的作用就是分擔(dān)測(cè)試點(diǎn)V2處的電壓，這樣輸出脈沖電流的脈沖波形與FPGA控制脈沖的波形形狀
是一致的。3、輸出大功率正負(fù)脈沖電壓大功率正負(fù)脈沖電壓輸出的工作原理與大功率正負(fù)脈沖電流相同，只是，負(fù)反饋的電壓來自脈沖電壓采樣電路。4、性能指標(biāo)本發(fā)明大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路可以實(shí)現(xiàn)脈沖寬度，占空比和幅度可調(diào)輸出，具體實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)如表1所示。
權(quán)利要求
1.一種大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路，其特征在于，包括 一脈沖源，用于輸出一個(gè)頻率及占空比可調(diào)的周期性脈沖信號(hào)；一比較器，接收周期性脈沖信號(hào)，當(dāng)周期性脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，其輸出端為開路，當(dāng)周期性脈沖信號(hào)為低電平時(shí)，其輸出端接地；一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將代表幅度的可調(diào)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為幅度模擬信號(hào)，然后輸出誤差放大器中；一誤差放大器，將數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的幅度模擬信號(hào)與峰值檢波電路得到脈沖峰值進(jìn)行比較，當(dāng)幅度模擬信號(hào)比脈沖峰值大時(shí)，使誤差放大器的輸出幅值增大，反之則減?。灰还β史糯笃?，接比較器的輸出端，同時(shí)通過一輸入電阻接誤差放大器輸出端，比較器在脈沖源輸出的周期性脈沖信號(hào)控制下，在周期性脈沖信號(hào)為低電平時(shí)將其輸出端接地， 使功率放大器的輸入端接地，此時(shí)電阻的作用就是分擔(dān)誤差放大器輸出端的電壓；在周期性脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，將其輸出端開路，此時(shí)，功率放大器的輸入端的電壓與誤差放大器輸出端的電壓相等，此時(shí)電阻不起作用，因?yàn)殡娮璧淖柚岛凸Ψ诺妮斎胱杩瓜啾仁强梢院雎缘?，這樣，功率放大器的輸入端為誤差放大器輸出進(jìn)行斬波后的、與周期性脈沖信號(hào)頻率及占空比相同的脈沖信號(hào)；一脈沖電流采樣電路，用于對(duì)功率放大器的輸出大功率脈沖電流進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換成電壓； 一脈沖電壓采樣電路，用于對(duì)功率放大器的輸出脈沖電壓進(jìn)行采樣； 一脈沖電流/電壓采樣選擇開關(guān)，用于選擇脈沖電流采樣電路或脈沖電壓采樣電路的采樣脈沖輸出電壓送入峰值檢波電路；一峰值檢波電路，用于對(duì)采樣脈沖輸出電壓進(jìn)行峰值檢測(cè)，得到脈沖峰值，送回誤差放大器中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路，其特征在于，所述的脈沖電流采樣電路包括電流采樣電阻、差分放大器；電流采樣電阻對(duì)功率放大器的輸出大功率脈沖電流進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換成電壓，電流采樣電阻兩端分別連接到差分放大器的正負(fù)輸入端，經(jīng)過差分放大器進(jìn)行放大和阻抗變換后輸出；電流采樣電阻包括多個(gè)，用于不同的脈沖電流檔位，每一擋的采樣電阻的一端接有兩個(gè)電流檔位開關(guān)，通過一個(gè)電流檔位開關(guān)連接到差分放大器的一個(gè)輸入端，另一個(gè)電流檔位開關(guān)接通該檔位電流輸出回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路，其特征在于，還包括一 CPU, CPU的作用是向發(fā)出大功率脈沖電流/電壓的占空比、頻率以及幅度控制字；脈沖源用一 FPGA芯片來實(shí)現(xiàn)，包括脈沖占空比配制寄存器、脈沖頻率配制寄存器以及脈沖產(chǎn)生電路，脈沖占空比配制寄存器、脈沖頻率配制寄存器將CPU提供的占空比控制字、 頻率控制字暫存，并控制脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生相應(yīng)占空比、頻率的周期性脈沖信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路，其特征在于，所述的誤差放大器包括運(yùn)算放大器、電壓檔位開關(guān)、電阻R0、Rl、R2、R3，數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端由電壓檔位開關(guān)選擇通過電阻RO或電阻Rl接到運(yùn)算放大器Al的負(fù)端-，峰值檢波電路得到脈沖峰值通過電阻R2也連接到運(yùn)算放大器Al的負(fù)端_，運(yùn)算放大器Al的正端+通過電阻R3連接到地。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脈沖寬度、占空比、脈沖幅度可程控的大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路，其中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、誤差放大器、功率放大器、脈沖電流采樣電路、脈沖電壓采樣電路、脈沖電流/電壓采樣選擇開關(guān)以及峰值檢波電路構(gòu)成負(fù)反饋環(huán)路。數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的幅度模擬信號(hào)與峰值檢波電路得到脈沖峰值進(jìn)行在誤差放大器中比較，在負(fù)反饋環(huán)路使脈沖峰值等于數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的幅度模擬信號(hào)。功率放大器接比較器的輸出端，同時(shí)通過一輸入電阻接誤差放大器輸出端，比較器在脈沖源輸出的周期性脈沖信號(hào)控制下，調(diào)節(jié)輸出的大功率脈沖電流/電壓的頻率及占空比。從而實(shí)現(xiàn)了大功率脈沖電流/電壓產(chǎn)生電路輸出脈沖電流/電壓的脈寬、占空比、脈沖幅度可調(diào)的功能。
文檔編號(hào)H03K3/017GK102291104SQ20111015432
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者古軍, 古天祥, 商洪亮, 張劍, 徐林, 李東凱, 李建輝, 王海恩, 詹惠琴 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)