适于金属热处理的脉冲发生器的试制研究

【摘 要】本文经调研，探讨研究和构思了几种适用于金属热处理的脉冲发生器的电路方案。经比较，讨论之后，决定脉冲发生器采用函数信号发生器；高压大功率直流电源、可控硅控制电路，电压电流测量电路及频率测量电路才能满足金属材料在脉冲热处理过程中获得电压，电流和频率等性能指标。

【关键词】信号发生器；可控硅；高压大功率直流电源

一、脉冲发生器的试制

工业金属热处理过程中加入高压脉冲电场可以提高金属的韧性、硬度等力学性能，想设计出这种高压脉冲信号发生器，升压是关键。经过讨论得出了以下方案：

这一方案由函数信号发生器提供所需要是频率信号，由高压大功率直流电源提供所需要的高压直流电，然后由频率信号通过可控硅来控制高压直流电的通断。再由测量电路把电路里的电压、电流和脉冲频率测量出来。

二、函数信号发生器8038

函数信号发生器是产生各种标准信号的设备，输出的信号应满足一定的技术要求。其输出信号的频率，电压幅度，调制系统等可在一定范围内调节并能准确读数。

三、变压器的构造

采用互感式变压器，根据实际情况要求设计变压器容量。

四、高压整流电路

高压整流电路由高频高压硅堆、高压滤波电容器、保护电阻及取样电路组成。由于经高压变压器升压后的高压具有较高的频率，以选用高频高压快速整流硅堆以满足高频高压整流的需要。滤波电容器选用高压聚苯乙烯电容器。取样电路中的高压取样信号由精密电阻分压器获得，分压器由精密线绕无感电阻制成，顶部加装屏蔽电极，保证取样电压的稳定。

五、可控硅控制电路

可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表1。

表1 可控硅导通和关断条件

六、频率测量电路

频率测量电路由555振荡器、适配电路、延时电路及驱动显示电路等组成，它的测量范围为200HZ、20KHZ、200KHZ、和2MHZ四档，由开关S1、S2控制。多谐振荡器由IC1（555）、R1、R2、C1、C2及VT1等组成。R3、VT1、D1等组成恒流充电电路，以保持其充电的线性。换档开关S1、S2可使IC1的输出选通脉冲提供1000ms、100ms、10ms和1ms的门脉冲。IC2（LM311）与R7、D2、R6等组成适配电路，用于接收正负0.3～0.9V的方波、正弦波或三角波。S2输入与非门IC4用来提供倒相和延时，C5、R10作为微分电路为IC4-b提供微分窄脉冲，并倒相输出。IC3采用74C928，用作4位计数/锁存/七段译码器。VT2～VT5及R20～R23为驱动级，其输出加至4位共阴显示器，用以显示数字频率。电源输入为+7-12V，经三端稳压块IC5（78L05），主要为TTL型IC3提供电源。IC1、IC2、IC4的供电电压可不受+5V限制，电压可适当加高，耗电量也不大。

七、电压电流测量电路

图1测量电路原理图

我们利用数字万用表能测量直流电压，交流电压、直流电流、交流电流、电阻等，涉及模拟电子技术和数字电子技术的许多内容，为了扩大它的电压及电流量程可利用电阻的串联分压、并联分流原理。

目前，虽然人们对其影响机理尚无清晰、系统的认识，但随着人们对电脉冲作用于金属材料时所产生的磁、热、力等效应物理本质的深入探讨，这些效应与材料的成分、组织状态及材料内部原子扩散、位错的增值与运动等基础理论问题研究的不断深入，以及电脉冲电源、控制等硬件设备的开发与完善，研制出这种用于提高金属热处理效率、改善金属力学性能的高压脉冲发生器，让它在工业生产中得到广泛深入的应用，必将有力促进现代材料科学的发展。

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