一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器的制作方法

1.本发明属于脉冲分压器技术领域，具体涉及一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器。


背景技术：

2.脉冲分压器主要作用是将高电压的脉冲分压成低电压的脉冲信号，这种原件在电子技术领域中应用广泛，特别是高压电路中，它可以有效的保护电路中的其他元件，也可以提高电路的稳定性和可靠性。
3.脉冲分压器是由多个电阻和电容组成的串联电路，当高电压的脉冲信号进入脉冲分压器时，它会被分成多个低电压的脉冲信号，这些信号的幅值和宽度都会随着电阻和电容的不同而发生变化；在这个过程中，电阻和电容的作用是将高电压的脉冲信号分解成多个低电压的脉冲信号，并且保证每个脉冲信号的幅值和宽度都符合设计要求。
4.但是现有技术中的脉冲分压器上升时间慢，且无法在高电压情况下进行高效准确的分解为低电压脉冲信号。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器，具有快速上升时间、高电压、高阻抗和校准补偿简单的优点。
6.本发明是通过以下技术方案来实现：
7.一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器，包括依次连接的高压输入端、同轴传输线缆和低压补偿端；
8.所述高压输入端包括至少一个无感电阻rt
″
，以及并联于无感电阻rt
″
两端的电容cp，无感电阻rt
″
一端接无感电阻rt
′
并接接输入端，另一端连接磁珠zb一端，磁珠zb另一端分别连接同轴传输线缆和接地的对地电容cg；
9.所述低压补偿端包括直流调理电路、高频调理电路和低频调理电路，所述直流调理电路用于调节直流衰减比，高频调理电路用于调理纳秒至微秒之间脉冲输入信号的衰减比及输出平坦度，低频调理电路于调理微秒至毫秒之间脉冲输入信号的衰减比及输出平坦度。
10.优选的，若为多个无感电阻rt
″
时，所述无感电阻rt
″
两端均分别并联有电容cp，或所述电容cp采用外屏蔽结构并联于所有无感电阻rt
″
两端。
11.优选的，若为多个无感电阻rt
″
时，对地电容cg采用外屏蔽结构并联于所有无感电阻rt
″
、无感电阻rt
′
和电容cp两端。
12.优选的，所述直流调理电路包括串联的电阻r5和可变电阻r6。
13.优选的，所述高频调理电路包括并联的电阻r4和可变电阻r3，所述电阻r4两端并联有可变电容c3，所述可变电阻r3串联有可变电容c2。
14.优选的，低频串联电路组包括依次串联的固定电阻r1-n、可变电阻r2-n和可变电
容c1-n，且所述固定电阻r1-n和可变电阻r2-n的阻值大于可变电阻r3的阻值。
15.优选的，相邻所述低频串联电路组中的固定电阻r1-n的阻值沿远离同轴传输线缆的方向依次增大。
16.优选的，相邻所述低频串联电路组中的可变电阻r2-n的阻值沿远离同轴传输线缆方向依次增大。
17.优选的，所述同轴传输线缆直流电阻rc为400-600ω，线缆电容cc为200-400pf。
18.优选的，所述磁珠zb采用铁氧体磁珠。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
20.本发明提供一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器，包括依次连接的高压输入端、同轴传输线缆和低压补偿端；所述高压输入端包括至少一个无感电阻rt
″
，以及并联于无感电阻rt
″
两端的电容cp，无感电阻rt
″
一端接无感电阻rt
′
并接接输入端，另一端连接磁珠zb一端，磁珠zb另一端分别连接同轴传输线缆和接地的对地电容cg；所述低压补偿端包括直流调理电路、高频调理电路和低频调理电路，所述直流调理电路用于调节直流衰减比，高频调理电路用于调理纳秒至微秒之间脉冲输入信号的衰减比及输出平坦度，低频调理电路于调理微秒至毫秒之间脉冲输入信号的衰减比及输出平坦度；本技术具有高输入阻抗，能够有效避免对被测信号带来的负载效应；同时，本技术能够依据与之结合的测试仪器阻抗的不同能够简单实现校准补偿，本技术具有高频带宽度、快上升时间的特点。
附图说明
21.图1为本发明一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器的电路原理图；
22.图2为纳秒至微秒以内信号衰减等效电路图；
23.图3为微秒至毫秒信号衰减等效电路图；
24.图4为直流衰减等效电路图；
25.图5为本发明的一个具体实施电路原理图；
26.图6为本发明高压端一个实施例；
27.图7为本发明高压端的另一个实施例；
28.图8为本发明高压端的第三个实施例。
具体实施方式
29.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
31.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或
描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
32.本发明提供一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器，如图1所示，包括依次连接的高压输入端、同轴传输线缆和低压补偿端；
33.所述高压输入端包括至少一个无感电阻rt
″
，以及并联于无感电阻rt
″
两端的电容cp，无感电阻rt
″
一端接无感电阻rt
′
并接接输入端，另一端连接磁珠zb一端，磁珠zb另一端分别连接同轴传输线缆和接地的对地电容cg；
34.所述低压补偿端包括直流调理电路、高频调理电路和低频调理电路，所述直流调理电路用于调节直流衰减比，高频调理电路用于调理纳秒至微秒之间脉冲输入信号的衰减比及输出平坦度，低频调理电路于调理微秒至毫秒之间脉冲输入信号的衰减比及输出平坦度。
35.优选的，若为多个无感电阻rt
″
时，所述无感电阻rt
″
两端均分别并联有电容cp，或所述电容cp采用外屏蔽结构并联于所有无感电阻rt
″
两端；进一步的，若为多个无感电阻rt
″
时，对地电容cg采用外屏蔽结构并联于所有无感电阻rt
″
、无感电阻rt
′
和电容cp两端；如图6、图7和图8所示，本领域技术人员可以根据实际的生产需要进行设置，其原则是当采用棒式元件时，优先选用单个高压无感电阻rt
″
，当采用片式元件时，优先选用多个无感电阻串联组成rt
″
。优选的，所述直流调理电路包括串联的电阻r5和可变电阻r6；进一步的，所述高频调理电路包括并联的电阻r4和可变电阻r3，所述电阻r4两端并联有可变电容c3，所述可变电阻r3串联有可变电容c2；进一步的，低频串联电路组包括依次串联的固定电阻r1-n、可变电阻r2-n和可变电容c1-n，且所述固定电阻r1-n和可变电阻r2-n的阻值大于可变电阻r3的阻值；进一步的，相邻所述低频串联电路组中的固定电阻r1-n的阻值沿远离同轴传输线缆的方向依次增大；进一步的，相邻所述低频串联电路组中的可变电阻r2-n的阻值沿远离同轴传输线缆方向依次增大。
36.优选的，所述同轴传输线缆直流电阻rc为400-600ω，线缆电容cc为200-400pf；优选的，所述磁珠zb采用铁氧体磁珠；需要说明的是，本技术所述的脉冲分压器在皮秒级时间范围内，信号带宽达到ghz，电容的电抗变小，脉冲分压器总的衰减主要由同轴传输线缆的损耗和特性阻抗控制，通过在同轴传输线缆前端增加铁氧体磁珠zb，此时磁珠呈现出很高的实际阻抗，能够提供足够的衰减，从而抑制振荡。
37.在皮秒至纳秒时间范围内，通过改变电阻器rt
′
和r3和r4变得更加显著，它们与铁氧体磁珠zb结合，提供必要的衰减和反射阻尼。
38.纳秒至微秒以内信号衰减等效电路，如图2所示，衰减由高压端电阻rt
′
、并联电容cp、对地电容cg、低压补偿端可变电容c2、可变电容c3以及测量仪器cx组成，可变电容c2和可变电容c3用于调整，使输出信号上升后平坦转换。
39.微秒至毫秒信号衰减等效电路，如图3所示，衰减由高压端电阻rt
′
、并联电容cp、对地电容cg、低压补偿端可变电容c1-1～c1-n、固定电阻r1-1～r1-n、可变电阻r2-1～r2-n及测量仪器cx组成，可变电容c1-1～c1-n用于调整方波信号微秒至毫秒信号分压比及输出信号顶部平坦度，固定电阻r1-1～r1-n和可变电阻r2-1～r2-n用于调整方波顶部的具体补
偿点，随着固定电阻r1-1～r1-n和可变电阻r2-1～r2-n的变大，补偿点从脉冲信号顶部的微秒段向毫秒段变化。
40.随着时间从毫秒到秒，衰减控制从电容性的分压器到电阻分压器，等效电流如图4所示，由高压端无感电阻rt
′
、rt
″
、低频补偿电路由电阻r4、电阻r5、可变电阻r6和测量仪器rx组成组成，电阻r6用于分压器直流下分压比的调整。
41.由于失配反射和杂散振荡的临界阻尼要求，电路的物理设计与元件的具体值对方波脉冲信号在皮秒、纳秒、微秒和毫秒之间的平滑响应转换同样非常重要。各电阻电容的值可以根据分压器物理尺寸不同而变化，具体的值需要通过实验来确定。
42.实施例：
43.如图5所示，高压输入端由高压无感电阻rt
′
、无感电阻rt
″
、并联电容cp、串联磁珠zb、高压端对地电容cg组成，其中无感电阻rt
′
阻值为1mω、rt
″
阻值为99mω和并联电容cp容值为2pf,高压端对地电容cg为20pf；高压无感电阻rt
′
和无感电阻rt
″
也可由一个100mω电阻构成，当采用单只电阻构成时，并联电容cp采用平板电容结构来实现，对地电容cg通过外屏蔽实现，如图7所示；当高压无感电阻电阻rt
′
和rt
″
由多个组成时，并联电容cp可由平板电容结构或多个电容与电阻并联实现，对地电容cg通过外屏蔽实现，如图6和图8所示。
44.同轴传输线缆采用直流电阻rc为500ω、线缆电容cc为300pf的同轴线缆。
45.直流调理电路由电阻r5阻值为100kω和可变电阻r6阻值为20kω组成，用于调节直流衰减比，使衰减比为1000：1，也可根据实际需要选择其它衰减比。
46.高频调理电路由可变电阻r3阻值1kω、电组r4阻值500ω和可变电容c2容值为200pf、c3容值为10pf组成，用于调理纳秒至微秒之间脉冲输入信号的衰减比及输出平坦度。
47.低频调理电路由固定电阻r1-1阻值300kω、r1-2阻值50kω、可变电阻r2-1阻值200kω、r2-n阻值100kω和可变电容c1-1、c1-n容值为200pf组成，用于调理微秒至毫秒之间脉冲输入信号的衰减比及输出平坦度；通过调节可变电阻r2-1和可变电阻r2-2阻值，可微调整输出信号微秒至毫秒之间的具体补偿点。
48.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器，其特征在于，包括依次连接的高压输入端、同轴传输线缆和低压补偿端；所述高压输入端包括至少一个无感电阻rt
″
，以及并联于无感电阻rt
″
两端的电容cp，无感电阻rt
″
一端接无感电阻rt
′
并接接输入端，另一端连接磁珠zb一端，磁珠zb另一端分别连接同轴传输线缆和接地的对地电容cg；所述低压补偿端包括直流调理电路、高频调理电路和低频调理电路，所述直流调理电路用于调节直流衰减比，高频调理电路用于调理纳秒至微秒之间脉冲输入信号的衰减比及输出平坦度，低频调理电路于调理微秒至毫秒之间脉冲输入信号的衰减比及输出平坦度。2.根据权利要求1所述一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器，其特征在于，若为多个无感电阻rt
″
时，所述无感电阻rt
″
两端均分别并联有电容cp，或所述电容cp采用外屏蔽结构并联于所有无感电阻rt
″
两端。3.根据权利要求2所述一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器，其特征在于，若为多个无感电阻rt
″
时，对地电容cg采用外屏蔽结构并联于所有无感电阻rt
″
、无感电阻rt
′
和电容cp两端。4.根据权利要求1所述一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器，其特征在于，所述直流调理电路包括串联的电阻r5和可变电阻r6。5.根据权利要求1所述一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器，其特征在于，所述高频调理电路包括并联的电阻r4和可变电阻r3，所述电阻r4两端并联有可变电容c3，所述可变电阻r3串联有可变电容c2。6.根据权利要求5所述一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器，其特征在于，低频串联电路组包括依次串联的固定电阻r1-n、可变电阻r2-n和可变电容c1-n，且所述固定电阻r1-n和可变电阻r2-n的阻值大于可变电阻r3的阻值。7.根据权利要求6所述一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器，其特征在于，相邻所述低频串联电路组中的固定电阻r1-n的阻值沿远离同轴传输线缆的方向依次增大。8.根据权利要求6所述一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器，其特征在于，相邻所述低频串联电路组中的可变电阻r2-n的阻值沿远离同轴传输线缆方向依次增大。9.根据权利要求1所述一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器，其特征在于，所述同轴传输线缆直流电阻rc为400-600ω，线缆电容cc为200-400pf。10.根据权利要求1所述一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器，其特征在于，所述磁珠zb采用铁氧体磁珠。

技术总结
本发明提供一种快速上升时间且高电压高阻抗的脉冲分压器，包括依次连接的高压输入端、同轴传输线缆和低压补偿端；所述高压输入端包括至少一个无感电阻Rt


技术研发人员：饶张飞 秦凯亮 薛栋 金红霞
受保护的技术使用者：西安微电子技术研究所
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/24