高压放大器：交变电场研究与精密控制的核心利器

实验名称：交变电场下聚乙烯中空间电荷分布研究

测试设备：高压放大器、压电传感器、示波器、电极等。

图1：交变空间电荷测试平台结构图

实验过程：

一、交变高压源

交变高压源为试样提供测试所需的高压电场环境，采用高压放大器，高压放大器在工作时需要输入一个幅值较低的控制信号，高压放大器将控制信号放大后输出。

二、PEA测试平台

如上图1所示，PEA测试平台包括电极、传感器、放大器等器件。交变电压接入金属丝杆通入上电极，丝杆外包裹绝缘层穿过电极外壳，由于交变电压容易在尖端产生电晕，因此使用均压球优化接口处电场分布。脉冲源在电极侧面的BNC接口处接入，脉冲经电容C0耦合在试样上，电容C0还起到隔绝交变高压、防止对脉冲源造成损害的作用。整个电极通过紧固件固定后与试样紧密接触，在置换试样时可方便地拆卸。上电极与试样间放置一个半导体薄片，用于优化电场分布和吸收试样中向上传播的声波，减少反射声波对测量结果的影响。

三、数据采集模块

高性能示波器对交流电场下不同相位的空间电荷进行快速采集和保存。交流电场下采集的空间电荷数据的数据量较大，受限于数据传输速度，本文采用离线处理方式，采集到的空间电荷信号首先存储在示波器中，随后在计算机上使用处理软件进行平均和恢复等。

四、设计测量系统结构

图2：交变电场空间电荷测量系统原理图

PEA法交变电场空间电荷测试系统的基本原理如图2所示，高压电源提供交变电场，脉冲源提供脉冲激励，交变电场和脉冲电场共同耦合在待测试样上。试样中的空间电荷产生的机械声波被传感器转换为电信号后经放大接入示波器保存，通过检测到的电信号强度和传播到达时间判定空间电荷的电荷量和位置。

五、测试软件

基于Labview编写了测试软件，将参数设置集成在测试软件中，计算机通过双绞线和RS232串行接口连接示波器、脉冲源、函数发生器，实现统一控制。

实验结果：

对比设计了交变电场下空间电荷测量系统除脉冲源以外的其他组成模块：采用函数发生器与高压放大器产生交变高压；设计了测试平台，能够将空间电荷量化为电信号输出；对比了数字信号平均器与示波器，并选用高性能示波器采集空间电荷信号；设计了纯阻性分压器对施加在试样上的电压进行监控。

将所有模块、部件整合，搭建了完整的交变电场空间电荷测试系统。测量系统可实现50Hz单周期内20~60个相位点的空间电荷测量、采集和保存，每个相位点上施加的脉冲簇对应的相位跨度在2度以内。

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图：ATA-7030高压放大器指标参数

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审核编辑 黄宇