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目 录

摘 要 ................................................................................................... I ABSTRACT ............................................................................................ II 1 绪论 .................................................................................................... 1

1.1 课题研究的背景及意义 .................................................................... 1 1.2 国内外研究动态 ................................................................................ 2

1.2.1 脉冲电压测量 ............................................................................................. 2 1.2.2 电阻分压器研究现状 ................................................................................. 3

1.3 本文的主要研究内容 ........................................................................ 4

2 电阻分压器原理分析 ........................................................................ 6 3 电阻分压器的设计 ............................................................................ 9

3.1 结构确定 ............................................................................................ 9 3.2 材料选择 ............................................................................................ 9

3.2.1 电阻的选择 ................................................................................................. 9 3.2.2 壳体材料的选择 ....................................................................................... 12 3.2.3 绝缘材料的选择 ....................................................................................... 12 3.2.4 电缆的选择 ............................................................................................... 13 3.2.5 其他材料的选择 ....................................................................................... 15

4 电阻分压器模拟仿真 ...................................................................... 16

4.1 OrCAD简介 ................................................................................... 16 4.2 电路模拟仿真 .................................................................................. 17

4.2.1 电阻分压器各电路参数计算 ................................................................... 17 4.2.2 电路原理图的绘制 ................................................................................... 18 4.2.3 电路的PSpice AD分析 ........................................................................... 19

4.3 电阻分压器测量误差分析.............................................................. 22

4.3.1 减少杂散电容对测量准确度的影响 ....................................................... 22 4.3.2 针对其他影响因素的补偿措施 ............................................................... 23

结束语..................................................................................................... 24 致 谢..................................................................................................... 25 参考文献 ................................................................................................ 26 附录 ......................................................................................................... 28

实验用小型电阻分压器的设计

摘 要

在受控核聚变、强流电子加速、高功率微波和自由电子激光等高科技领域中，脉冲高电压测量系统的分压器是一个关键性部件。电阻分压器原理简单，应用广泛，但当测量瞬时幅值达几十千伏的电压时，就必须要考虑分布参数、高压绝缘和阻抗匹配等因素的影响，此时要求分压器具有良好的响应特性和稳定性。

本文研究的电阻分压器主要用于测量来自高压脉冲源的幅值为30kV、上升时间为纳秒级的高压脉冲信号。通过对分压比的计算、结构的确定以及材料的选择，完成了二级电阻分压器的设计。对于所设计的分压器建立了电路模型，运用OrCAD软件对其传输性能进行了模拟仿真，分析了影响其传输性能的因素。最后通过仿真波形与实际波形的对比分析，证明了所设计的电阻分压器传输性能好，符合实验要求。

关键词 脉冲高电压；电阻分压器；OrCAD；实验

DESIGN OF A SMALL RESISTOR

DIVIDER FOR TEST

ABSTRACT

Voltage divider is a key part of controlled nuclear fusion, strong electron acceleration, laser and other parameters, and impedance matching and other factors must be considered when the amplitude of the instantaneous voltage is up to tens of kilovolts. Good response and stability of voltage divider is required.

The resistor divider studied in this paper is mainly used for measuring of divider ratio, structure determination and materials selection. The circuit model of the divider designed is established. The transmission performance of the divider designed is simulated, and the factors affecting the transmission performance of the divider is analyzed. Good transmission performance of the resistor divider is approved through the comparative analysis of the waveform and actual waveform, and the resistor divider designed meets the experimental requirements.

KEY WORDS )、频域矩量法(FDMM)、时域矩量法(TDMM)等。当然随着电子计算机性能的飞速提高，基于这些算法的电磁场仿真计算软件也相继出现，例如：基于有限元法的ANSYS、基于矩量法的FEKO，IE3D、基于时域有限差分方法的FIDELITY以及多种计算方法混合应用的EMC2000、CST等。这些商业仿真计算软件的出现，将电磁工程师从繁琐的程序中解脱出来，使得仿真计算更为容易，所得到的结果也更加精确，仿真软件的应用将大大提高工作的效率和计算的可靠性。虽然计算电磁学领域中仿真计算方法很多，但是对于纳秒脉冲测量用电阻分压器的仿真计算还很少。

综上所述，电阻分压器电磁仿真技术是国内外纳秒脉冲测量以及电磁脉冲防护领域研究的热点问题，随着纳秒脉冲测量技术的要求，早期核电磁脉冲波形上升时间由原来的10ns缩短到2~3 ns，上升时间越来越短，幅值越来越高。相应的测量系统也有了新的技术要求，因此研究满足纳秒脉冲测量要求的电阻分压器是十分必要的。

1.3 本文的主要研究内容

本文研究的是高压脉冲信号的测量，电阻分压器结构简单，测量精度较高，在待测电压比较低(几万伏) 的条件下,它的几何尺寸相对电容分压器等比较小,而且性能好、使用方便,所以应用相当广泛，作为一个转换装置,其最基本的功能是准确快速的反映被测电压。阶跃响应时间是衡量分压器性能的一个重要指标. 在理想情况下,阶跃响应时间为零,这样测量出来的波形就跟待测波形完全一致. 但由于电感、电容等杂散参数的存在,阶跃响应时间或多或少的存在,如何尽可能小的减少分压器阶跃响应时间,使测出的波形与真实波形尽可能一致是研究人员研制分压器时关注的焦点.因此,探讨杂散参数对分压器阶跃响应时间的影响规律具有重要的意义。本文通过OrCAD软件进行模拟仿真，分析分压器和纳秒高压测量系统各部件的阻抗匹配问题等等因素，进而确定其最佳结构参数，最终研制出符合高压纳秒脉冲测量要求的电阻分压器。并制作出实物，对其进行性能试验，进一步改进。

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