автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.01, диссертация на тему:Стабилизированные формирователи высоковольтных импульсов для аппаратуры измерения параметров силовых полупроводниковых приборов

На правах рукописи

МУСКАТИНЬЕВ Андрей Александрович

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ ФОРМИРОВАТЕЛИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ АППАРАТУРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

Специальность 05.11.01 - Приборы и методы измерения (электрические и магнитные величины)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саранск - 2006

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные системы обработки информации и управления» Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор

Федосин С. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шахов Э. К.

доктор технических наук, профессор Михеев М. Ю.

Ведущее предприятие - ОАО «Электровыпрямитель», г. Саранск.

Защита диссертации состоится « К. » Н4РсСЬ'1кК 2006 г. в 14 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.186.02 в^ензенском государственном университете по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенского государственного университета и на сайте www.stup.ac.ru./

Автореферат разослан «_»_2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор — Светлов А. В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время силовые полупроводниковые приборы (СПП) — диоды и тиристоры широко используются в различных областях промышленности для построения преобразовательных устройств, работоспособность которых определяется надежностью используемых СПП. Однозначно оценить пригодность СПП к эксплуатации можно по результатам измерения некоторых его статических параметров, относящихся к параметрам - критериям годности. Важнейшими среди них являются повторяющийся импульсный обратный ток /якм и повторяющийся импульсный ток в закрытом состоянии 10ям (для тиристоров). Их измерение позволяет осуществить проверку класса СПП, выявить его тенденцию к снижению и своевременно заменить потенциально ненадежный СПП. Измерение импульсных обратных токов и токов в закрытом состоянии (токов утечки) СПП в широком диапазоне испытательных напряжений также дает возможность определить форму статической вольтамперной характеристики (ВАХ) СПП при различной температуре, что особенно важно при разработке новых типов силовых приборов.

В состоянии низкой проводимости СПП представляет собой активно-емкостную нагрузку. Погрешность измерения токов утечки (активной составляющей тока СПП) определяется уровнем емкостной составляющей тока, величина которой зависит от барьерной емкости СПП и скорости изменения испытательного напряжения в момент измерения. Для СПП с таблеточной конструкцией корпуса начальное значение барьерной емкости достигает десятков нФ. Поэтому измерение с заданной точностью малых значений токов утечки ( в холодном состоянии - 10 мкА) становится сложной научно-технической проблемой. Для ее решения требуется измерительная аппаратура, метрологические и технические характеристики которой определяются главным узлом - формирователем (генератором) высоковольтных испытательных импульсов напряжения специальной формы. Такие импульсы должны иметь пологую вершину, «полку», во время действия которой осуществляется измерение активной составляющей тока через СПП, а емкостная составляющая подавлена.

В настоящее время подобного формирователя и методики его проектирования не существует. Его разработка осложняется тем, что высота «полки» может достигать 6 кВ, а ее уровень должен поддерживаться с высокой точностью, что дает возможность измерять малые токи утечки. Для решения проблемы требуется анализ различных структур формирователей и оригинальные схемотехнические решения.

Целью настоящей работы является исследование и разработка стабилизированных формирователей высоковольтных испытательных импульсов напряжения с пологой вершиной для измерения малых значений активной составляющей тока в нелинейной активно-емкостной нагрузке. Эта цель достигается решением в работе следующих задач:

1. Сравнительный анализ существующих формирователей по результатам моделирования и значениям погрешностей измерения токов утечки СПП; классификация формирователей.

2. Разработка новых структур стабилизированных генераторов импульсов с пологой вершиной для аппаратуры, обеспечивающей высокую точность измерения токов утечки. - .■-.[<■.. £ г. ■ \

• 3.. , ; Оценка устойчивости стабилизированных генераторов импульсов. > .4. .: Определение критериев выбора корректирующих цепей замкнутой системы, обеспечивающих; точность стабилизации «полки», необходимую погрешность. измерения тока, устойчивость и ¡требуемое качество переходных процессов в стабилизированном формирователе.; ..., ,., >. ,} . .. - , ; ,, .,:: „•■-■.

.1 : , 5. < , Разработка рациональных способов включения, корректирующих звеньев различного типа и. инженерных методик их расчета с использованием логарифмических частотных характеристик разомкнутой системы, стабилизации. . - .>.:;;.-:г , :. .¡; . ,14<! - 11П;^

. , 6. Оценка предельного диапазона изменения параметров звеньев системы для различных типов корректирующих цепей с целью достижения допустимой погрешности измерения токов утечки СПП и наилучшего быстродейстВИЯ. ,. а... }'Л'':< , лЛ-П> ,.л 1 .-л:.;-.'.и •

Методы исследования основаны на теории линейных электрических цепей, классической теории автоматического регулирования, основных разделов математического анализа и теории погрешностей. Для моделирования динамических процессов в замкнутой системе применялись лицензированные пакеты прикладных программ МДТЬАВ и БщшНпк. С помощью системы МиШз1т 8 на схемотехнических . аналогах стабилизированных, формирователях, - были подтверждены полученные теоретические результаты, .. , : , ; >

: Научная новизна работы состоит в следующем.; , ^ ; г ? ; 0 5 .

1, ¡ Выполнен сравнительный анализ:по результатам: моделирования временных, процессов и по величине инструментальной погрешности измерения ; токов утечки нестабилизированных, формирователей испытательных импульсов напряжения с пологой вершиной,, ! , ' • г;) ; ■ .: ; . 2. . . Предложена новая структура нестабилизированного формирователя с симметричным ограничением двухполярного сетевого импульса.;

3. Разработаны новые структуры стабилизированных формирователей испытательных импульсов с пологой вершиной« ;,; ; , , ; , • ; г -

, 4. •. Предложена методика обеспечения устойчивости стабилизированных формирователей с помощью низкочастотного корректирующего звена. .

Разработана,методика.обеспечения устойчивости;и качества переходных .процессов в стабилизированных формирователях за счет совместного использования низкочастотного и высокочастотного корректирующих звеньев. Применение таких формирователей в измерительной аппаратуре позволяет существенно, снизить статические ,и динамические погрешности при измерении ТОКОВ утечки СПП. ! ■ • ;- . "... , .

■• ::6. • г.В результате схемотехнического моделирования и экспериментальных исследований макетов стабилизированных, формирователей получены практические рекомендации по выбору параметров элементов формирователей с целью повышения быстродействия и точности измерения токов утечки СПП.,

Практическая значимость, реализация и внедрение результатов.

Предложенные в работе новые структуры стабилизированных формирователей испытательных импульсов напряжения, методы их частотной коррекции с целью обеспечения устойчивости и качества переходных процессов, предназначены для построения контрольно - измерительной аппаратуры нового поколения, с высокой точностью измеряющей параметры СПП в состоянии низкой проводимости.

Разработанный стабилизированный формирователь положен в основу измерительного прибора ТЕСТ—1, внедренного на ОАО ПКП «Атомспецснаб» г. Воронеж, и используемого для измерения токов утечки на входном контроле СПП при формировании заказов для атомных станций и металлургических комбинатов.

Теоретические положения и практические результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры «Автоматики» Мордовского государственного университета при обучении студентов специальности 210106 - «Промышленная электроника» по дисциплине «Электрорадиоизмерения».

Результаты внедрения подтверждены соответствующими документами.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты моделирования временных процессов и расчета инструментальных погрешностей нестабилизированных формирователей испытательных импульсов напряжения с пологой вершиной при работе на активно-емкостную нагрузку, позволяющие оценить порог чувствительности по току утечки диагностической аппаратуры для измерения параметров СПП.

2. Новые разработанные структуры стабилизированных формирователей высоковольтных импульсов с пологой вершиной, применение которых обеспечивает высокую точность измерения токов утечки СПП за счет эффективного подавления емкостных составляющих тока.

3. Методики расчета и способы включения низкочастотных и высокочастотных корректирующих цепей, обеспечивающих устойчивость, качество переходных процессов и малую инструментальную погрешность стабилизированных формирователей.

4. Результаты экспериментальных исследований макетов стабилизированных формирователей высоковольтных импульсов с плоской вершиной и практические рекомендации по их использованию в аппаратуре измерения параметров СПП.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием аппарата теории электрических цепей, классической теории автоматического регулирования и профессиональных пакетов прикладных программ МАТЬ А В и ЗппиНпк. Для подтверждения основных теоретических результатов применялось схемотехническое моделирование в среде МиШвпп 8. Теоретические выводы хорошо согласуются с результатами экспериментальных исследований. Практические рекомендации, сделанные автором, логично следуют из результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

1. Международной научно-технической конференции «Проблемы технического управления в энергетике», Пенза, ПГТА, 2-4 марта 2005 г.

2. III Всероссийской научно-технической конференции «Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов», — Пенза, ПГТА, Приволжский Дом знаний, 24 - 25 мая 2005 г.

3. X научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского госуниверситета им. Н. П. Огарева. Саранск, Мордов. ун-т, 2005 г.

4. V Республиканская научно-практическая конференция «Наука и инновации в Республике Мордовия ». Саранск, Мордов. ун-т, март 2006 г.

5. IV Всероссийской научно-технической конференции «Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов», - Пенза, ПГТА, Приволжский Дом знаний, 23 - 24 мая 2006 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, из них: 3 патента на полезную модель, 9 статей, 6 тезисов докладов на конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 91 наименования и приложения. Основной текст изложен на 221 странице, содержит 179 рисунков, 31 таблицу.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследования, описано состояние проблемы, сформулированы цель и задачи, решаемые в работе, методы исследования, научная новизна, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертационной работы отмечены особенности измерения параметров СПП в состоянии низкой проводимости, и в частности, токов утечки. Задача усложняется наличием у СПП барьерной емкости С„ перехода, смещенного в обратном направлении, высокие испытательные напряжения (до 6 кВ) и широкий диапазон изменения токов утечки (единицы мкА - десятки мА). Показано, что основные проблемы возникают при измерении малых значений токов (для холодного состояния СПП). Величина погрешности измерения определяется уровнем емкостной составляющей тока, которая в свою очередь зависит от установившегося значения барьерной емкости СПП и скорости изменения испытательного напряжения в момент контроля тока утечки СПП (активной составляющей). Например для С„ = 5 нФ и скорости изменения напряжения 0,002 В/мкс амплитуда емкостного тока 1С составляет 10 мкА, что может для качественных СПП внести существенную. погрешность измерения активной составляющей тока /г.

Проведенный обзор существующих схемных решений формирователей показал, что в большинстве из них предусмотрены меры подавления емкостной составляющей тока за счет формирования «полки» импульса параметрическим (пассивным) способом. Обобщенная структурная схема таких генераторов приведена на рис. 1. Все они содержат высоковольтный повышающий трансформа-

Источник входного сигнала Трансформатор Нагрузка

)

Рис. 1

тор, нагрузку в виде испытуемого СПП и генерируют однократный испытательный импульс высокого напряжения (до 6 кВ) с пологой вершиной. Различие формирователей заключается в источнике входного сигнала (сетевой импульс или получаемый автономно) и методах получения пологой части импульса на входе трансформатора (применение ограничителей напряжения или запоминающего конденсатора). Такие формирователи будем называть нестабилизи-рованными, что указывает на отсутствие обратной связи по выходному напряжению в их структуре.

Рассмотрены современные схемы формирователей импульсов, в разработке которых принимал участие автор. Отличительной особенностью указанных устройств является наличие обратной связи по выходному напряжению, с помощью которой стабилизируется уровень пологой части импульса. Регулирующий транзистор, работающий в активном режиме, включен параллельно первичной обмотке повышающего трансформатора и импульсному источнику входного сигнала с конечным выходным сопротивлением.

Предложена классификация рассмотренных формирователей испытательных импульсов. В качестве классификационных признаков использовались способ формирования входного импульса напряжения - с вырезкой из сети или его получение автономным способом с помощью дополнительных узлов, а также форма выходного импульса и метод стабилизации «полки» — параметрический или с применением обратной связи.

Для сравнительного анализа с применением интерактивного средства БшшНпк, интегрированного с программным пакетом МАТЬАВ, были исследованы две разновидности генераторов с пассивным способом формирования «полки» испытательного импульса для структуры рис. 1. В первой модификации для формирования «полки» на входе трансформатора использовался ограничитель напряжения, а во второй - заряженный от источника входного импульса конденсатор Сф. Рассматривался высоковольтный трансформатор мощностью до 500 Вт с коэффициентом трансформации л = 20 и сопротивлением первичной обмотки г; = 5 Ом, что наиболее часто используется на практике. Исследования показали, что в таких генераторах процесс установления «полки» искажен колебательными явлениями, обусловленными паразитными параметрами трансформатора (индуктивность рассеяния же, емкость вторичной обмотки Сг) и емкостью нагрузки Си, равной установившемуся значению барьерной емкости СПП. Кроме этого «полка» имеет спад, скорость изменения которого определяется индуктивностью намагничивания трансформатора £,,„. и уровнем «полки» £У2 выходного импульса, а для второй модификации генератора еще и степенью разряда запоминающего конденсатора Сф током намагничивания и приведенным током нагрузки трансформатора за время действия «полки» г„. В результате емкостная составляющая тока 1С СПП для первой модификации генератора выражается как:

1с=-Сни2(1/Тм), (1)

где Тм = Ьм!г{, а для второй модификации представляется в виде:

1с ~-Сни2{ИТм+ИТф+гп1тЪ), (2)

где Тф = СфЯн\ То = ЬмСф \ Кн- приведенная активная нагрузка трансформатора.

Анализ выражений (1) и (2) показал, что для пассивного формирователя второй разновидности емкостная составляющая в (2 - 2,5) раз выше, чем для первой. Тогда инструментальная относительная погрешность ¿5 измерения тока утечки СПП (активной составляющей), обусловленная несовершенством формирователя, будет во столько же раз больше. Величина 8 определяется как:

8=1СПГ. (3)

Для заданной величины погрешности измерения 8 порог чувствительности по току 1П измерительной аппаратуры с пассивным формирователем можно определить по формуле:

/я=/с/5. (4)

На рис. 2 и рис. 3 с учетом выражений (1) и (2) соответственно показаны зависимости модуля величины 1П от уровня пологой части С/2 выходного импульса.

Рис. 2

Рис.3

Величина 1П растет пропорционально напряжению и2 и снижается с увеличением 5. Физически, параметр 1П представляет собой минимальное значение

тока утечки СПП, измеряемое с заданной погрешностью. Характер кривых указывает на целесообразность использования нестабилизированных формирователей для измерения токов утечки СПП, имеющих «мягкую» форму ВАХ. Особенность такой формы ВАХ проявляется в увеличении тока утечки пропорционально прикладываемому испытательному напряжению, что, например, наблюдается для СПП в горячем состоянии. В этом случае значения токов утечки характеризуются повышенными значениями, составляющими единицы миллиампер и выше. Для холодного состояния СПП применение генераторов с пассивным способом формирования «полки» возможно для измерения токов утечки СПП вблизи напряжения переключения (для тиристоров) или пробоя статической ВАХ, где их уровень может быть достаточно велик.

Результаты моделирования показали, что минимальная длительность г„а7ки «полки» должна превышать максимальное время установления емкостной составляющей тока СПП, которое для разных типов пассивных формирователей находится в диапазоне (1,5 - 2) мс. Рекомендуемая индуктивность намагничивания не должна быть меньше 3 Гн.

Кардинальным способом повышения точности измерения активной составляющей тока СПП в состоянии низкой проводимости и снижения порога чувствительности является использование испытательного импульса напряжения с формой, близкой к идеальной. Это подразумевает наличие пологой части, не имеющей спада, что приводит к полному подавлению емкостной составляющей тока. Такая задача может быть решена только применением разработанных формирователей, в которых «полка» стабилизирована цепью обратной связи. Их исследование является сложной научной задачей, решение которой позволит устранить проблемы, возникающие при измерении с необходимой точностью малых токов утечки СПП.

Вторая глава посвящена вопросам построения замкнутой структуры стабилизированных формирователей, аналитическому описанию элементов структуры, предварительной оценке устойчивости.

Предлагаемые в работе новые разновидности стабилизированных формирователей испытательных импульсов представляются в виде функциональной схемы, показанной на рис. 4. Импульсный источник напряжения (ИИН) с вы-

иин

Е©

Квых

-о

ивя?) Тр

ивых®

М

А/Т

Я2

Сн±

Яут

А1

иоп

ИОН

Рис. 4

ходным сопротивлением 1?вых формирует однократный импульс напряжения Е(0 полусинусоидальной или экспоненциальной формы, получаемый из питающей сети, или при разряде заряженного конденсатора на ЬС или ЯС контур. Им-

пульс поступает на первичную обмотку повышающего трансформатора Тр, с выхода которого прикладывается к нагрузке, представленной на схеме в виде эквивалентных величин С„ и сопротивления утечки /?17П. Напряжение с делителя пропорциональное выходному ивых, сравнивается с опорным £/оп, снимаемым с выхода опорного источника напряжения (ИОН). В момент их равенства начинает действовать обратная связь, и на выходе усилителя А1 формируется сигнал, управляющий регулирующим транзистором УТ таким образом, что напряжение на нагрузке поддерживается постоянным и пропорциональным ио„ в течение определенного интервала времени х„01Ки, определяемого параметрами сетевого импульса или количеством запасенной в ИИН энергии.

При анализе динамических свойств генераторов, построенных по схеме рис. 4, учитывались управляющее (задающее) и возмущающее воздействия. Задающим воздействием является приращение напряжения опорного источника, а возмущающим — приращение входного напряжения Е(1). Эти воздействия в виде изображений по Лапласу изад (р) и 2(р) соответственно, показаны на рис. 5, где приняты следующие обозначения: Кус(р) = Ко/1+рТус - передаточная функция усилителя сигнала рассогласования, представленная в виде инерционного звена первого порядка с постоянной времени Тус\ Крег - коэффициент передачи регулятора, в качестве которого выступает регулирующий транзистор;

г(Р)

и,АР)

К,ЛР)

к,

р**

+ ив1{р)

Кеб(Р)

к,.

Рис. 5

11 К

Коб(р) = п/Со Р +2дГ0р +1)- передаточная функция нагруженного высоковольтного трансформатора; Ких„ — коэффициент передачи пропорционального звена.

Для анализа устойчивости системы нелинейные элементы заменены линейными моделями и определены рабочие диапазоны изменения их параметров. Дано обоснование подобной замены. Исследования показали, что наиболее сложной зависимостью параметров между собой обладает передаточная функция нагруженного высоковольтного трансформатора, для которого предложена упрощенная эквивалентная схема без учета индуктивности намагничивания Ьл, в виде звена второго порядка. Анализ показал, что такое упрощение не вносит существенной погрешности при оценке устойчивости замкнутой системы. При детальном исследовании передаточной функции трансформатора определено, что она обладает комплексно-сопряженными полюсами при различных сочетаниях ее параметров — индуктивности рассеяния Ьхэквп приведенной емкости

нагрузки Снэкв, величины которых соответственно зависят от конструктивного исполнения трансформатора и типа СПП, используемого в качестве нагрузки.

Это обстоятельство обуславливает наличие резонансных свойств в системе, которые наиболее сильно проявляются как в области больших, так и малых значений Ь8ЭКв.

В результате исследования устойчивости с использованием критерия Гурвица получено соотношение (5), ограничивающее значение коэффициента усиления Кс разомкнутой системы:

Ке < 2^(Тус/Т0 + Т0/Тус + 2|), (5)

где £ = (Ь5Экв / Ян + г{*Сн экв) / 2Т0 - коэффициент затухания.

Анализ выражения (5) показал, что наиболее благоприятным является диапазон малых значений Ьзэкв (< 0,001 Гн) и больших величин постоянной

времени усилителя сигнала рассогласования по сравнению с постоянной

времени трансформатора Т0 = экв Сн экв . Это дает возможность повысить

значение параметра Кс до 50 без нарушения устойчивости замкнутой системы. Физически это объясняется тем, что именно усилитель формирует логарифмическую амплитудно-частотную характеристику (ЛАЧХ) разомкнутой системы в области низких частот. Однако результаты предварительного исследования устойчивости не позволяют судить о степени устойчивости, качестве и длительности переходных процессов в формирователе. Неизвестен способ получения

«

необходимых величин Кс при значительных Ь8Экв и Снэкв, а также уровень предельных значений указанных параметров, превышение которых приводит к существенному ухудшению качества формы испытательного импульса, что делает генератор неработоспособным в аппаратуре измерения токов утечки. Остается открытым вопрос о частотной коррекции системы с целью приближения формы испытательного импульса к идеальной.

В третьей главе исследуются динамические свойства и решаются задачи коррекции частотных характеристик стабилизированных формирователей с целью повышения качества переходных процессов и снижения погрешностей измерения токов утечки СПП.

Для обоснованного выбора корректирующих звеньев, обеспечивающих устойчивость замкнутой системы, использовались частотные критерии качества, определяющие запас устойчивости и быстродействие генератора с применением ЛАЧХ разомкнутой системы. Важным ее параметром является частота среза соср, которая определяет необходимое быстродействие системы. При формировании испытательного однократного импульса с пологой частью время установления густ переходных процессов должно быть меньше длительности самой полки г„олки- Для систем с резонансным пиком на частоте сор= 1/Т0 связь между временем установления и частотой среза выражается соотношениями:

*уст < ¡полки = 2л / СОср, СОср = 2л / („олки. (6)

Результаты спектрального анализа сигнала эквивалентного воздействия в виде однополярного или двухполярного импульса, действующего на входе стабилизированного формирователя, подтверждают соотношения (6).

Дополнительно к быстродействию системы требуется поддерживать с определенной точностью (ДС/) в пределах напряжения класса (100 В) СПП заданный уровень II пологой части испытательного импульса. Показано, что при этом коэффициент усиления Кс разомкнутой системы должен быть не менее 400, что существенно больше критического значения, определяемого формулой (4). Точность задания испытательного напряжения и определяет статическую погрешность 5 измерения тока утечки при заданном значении Кут. Модуль этой погрешности представляется в виде:

И = (Ьейсп, - 1изм) / Ьейсп, = [С// Лут ~ (I? - А1Г) / Я,,,,] / (Ц / Яуш) = Д С// I/, (7) где /дейст и 1ии, - соответственно действительное и измеренное значения тока утечки СПП. На рис. 6 показаны зависимости модуля относительной погрешности |(5| от нормированного значения тока {Iдейст -1Г! 1Гмакс Ш) для различных Кс, ДС/ и им = 4000 В. Поведение кривых позволяет сделать вывод о том, что в достаточно широком динамическом диапазоне изменения тока утечки статическая погрешность измерения менее 2%. Рост этой погрешности в диапазоне малых (относительно 1гмакс) значений токов, соответствующих малым испытательным напряжениям, незначительно ухудшает метрологические

характеристики измерительной аппаратуры. Это объясняется тем, что существующие на сегодняшний день СПП являются высоковольтными приборами, класс которых выше 10. Следует отметить, что рассмотренная статическая погрешность является аддитивной и при реализации измерительной аппаратуры может быть частично скомпенсирована подстройкой опорного напряжения, определяющего уровень пологой части испытательного напряжения.

Для обеспечения устойчивости стабилизированного формирователя с параметрами, указанными выше, форма желаемой ЛАЧХ разомкнутой скорректированной системы должна выглядеть так, как показана на рис. 7 сплошной линией. В низкочастотной области ЛАЧХ описывается звеном первого порядка Кнч(р) с постоянной времени Тнч=\/сонч. Частота среза соср, задающая быстродействие стабилизированного формирователя, и запас по амплитуде ДА на частоте резонанса сор выражаются через параметры системы как:

СОср = К сон%, (8)

М=—20\^((ОсрЬ1ЭквСнэкв 1{Ь,экв / Я^+пС^)). (9)

^ "-60 Дб/дек Рис. 7

Результаты расчета переходных процессов в стабилизированном формирователе с JIA4X, представленной на рис.7, показали, что требуемый запас по модулю для монотонных процессов должен быть больше 10 Дб при выполнении условия: (ор> 10 соср. Оптимальное значение частоты среза составляет 2000 рад/с для Снэкв -п Снэкв = 2 мкФ, п = 20 и Ь$экв< 0,001 Гн. Увеличение индуктивности рассеяния трансформатора и частоты среза приводит к появлению явно выраженных колебательных процессов, увеличивающих емкостную составляющую тока через СПП. Снижение частоты среза повышает запас устойчивости, но существенно затягивает переходный процесс. Время установления находится в пределах (2,5 - 3) мс, что требует достаточно длинной «полки» импульса. Проведенные расчеты позволили уточнить формулу (6) для оценки быстродействия формирователя, и выразить ее в следующем виде:

СОср= 1,8 Л/ t„OJ,Ku- (10)

На практике большие значения коэффициента Кс (больше 400) не улучшают точность стабилизации полки, так как в области частот со < сом наступает его ограничение на уровне Кс (рис. 7). Это явление обусловлено действием дифференцирующего звена с постоянной времени Тм = LM/Г] = 1 / сом, элементы которого входят в полную схему замещения нагруженного трансформатора. В частном случае можно принять: КС = КС, сонч = сом.

Для реализации инерционного звена Кнч (р), формирующего желаемую JIA4X разомкнутого формирователя в области низких частот со < соср (рис. 7), предлагается использовать корректирующее звено Кк(р) = рТк / (1+ рТк). Его расположение в замкнутой системе (рис. 5) показано на рис. 8.

Zip)

U>ad{p)

ад

Ктс(Р)

к

ры

и„{р)

u^ip)

К.

Рис. 8

Особенности включения корректирующего звена следующие:

1. Звено охватывает гибкой обратной связью усилитель и регулирующий транзистор, что позволяет формировать желаемую форму ЛАЧХ разомкнутой системы с помощью указанных элементов.

2. Входным сигналом для звена Кк(р) является суммарный сигнал U«x(p) (рис. 3.30 а), учитывающий как возмущающее, так и задающее воздействия. С этой точки зрения такое звено позволяет осуществлять комбинированное управление.

3. Выходной сигнал корректирующего звена суммируется с сигналом жесткой обратной связи и ускоряет динамические процессы в системе. То есть, введенное звено является также и форсирующим, заранее подготавливающим систему к формированию «полки».

Для Z(p) = 0 часть структурной схемы (рис. 8), охваченной обратной связью через звено Кк(р), после структурных преобразований и ряда допущений может быть представлена в виде инерционного звена первого порядка с передаточной функцией:

Кр(р) = К0 Крег /(1+рК0 КрегТк) = к'0 /(1+рТнч) (11)

Полученное выражение, совместно с формулами (7) и (9), используется для выбора параметров звеньев стабилизированного формирователя, обеспечивающих требуемую статическую точность и быстродействие системы при заданной длительности пологой вершины импульса.

Проведенное моделирование переходных процессов в системе (рис. 8) по задающему и возмущающему воздействиям подтвердило ранее полученные результаты исследования динамических процессов идеализированного формирователя, ЛАЧХ которого показана на рис. 7.

Следует отметить, что применение других способов формирования желаемой ЛАЧХ не решает задачу эффективного подавления различных видов воздействий на замкнутую систему.

Анализ погрешностей при использовании стабилизированного формирователя с низкочастотной цепью коррекции (рис. 8) показал, что в переходном режиме формирования пологой вершины импульса динамические погрешности измерения активной составляющей тока СПП обусловлены емкостными токами /с, вызываемыми двумя видами воздействий: задающим (от источника опорного напряжения) и возмущающим (от источника входного импульса напряжения). Емкостные токи нагрузки, вызванные задающим воздействием, быстрее затухают у формирователя с большей частотой среза (соср = 3000 рад/с). Например, значение емкостного тока в 10 мкА устанавливается за время 2 мс. Однако это требует применения трансформатора с малой индуктивностью рассеяния (Ls экв = 0,0005 Гн), что на практике не всегда достижимо. На рис. 9 показаны зависимости модуля относительной погрешности дз (3) от тока утечки /г для различных интервалов времени задержки t относительно момента возникновения приращения задающего воздействия. Максимально допустимая погрешность в 10% соответствует значениям времени задержки (2,5 — 3) мс. При такой погрешности порог чувствительности по току /я (4) измерительной аппаратуры с

50 60 70 80 90 /,, МкА

Рис. 9

рассматриваемым формирователем в соответствии с рис. 9 составит (18 - 35) мкА, что приемлемо для большинства СПП. При измерении тока утечки, момент выборки сигнала с шунта тока должен осуществляться в конце «полки» импульса, длительность которой должна быть не менее 3 мс. Вследствие этого получение импульсов с амплитудой выше 3 кВ при использовании формирователя с низкочастотной коррекцией становится трудновыполнимой задачей.

Проведенные аналогичные расчеты инструментальной погрешности Зв измерения тока утечки СПП, обусловленные возмущающим воздействием 7,{р) на формирователь (рис. 8), показали, что ее величина на порядок меньше погрешности 83. Уже для времени задержки I = 1,7 мс величина 8В становится менее 1 % для токов утечки в единицы микроампер. Данное обстоятельство указывают на то, что в аппаратуре измерения токов утечки СПП, где применяется формирователь с низкочастотной коррекцией, преобладающей является динамическая погрешность 83.

Для сниженця динамических погрешностей измерения токов утечки СПП в работе предложен способ включения и методика расчета высокочастотного

(ВЧ) корректирующего звена Ккор(р) с передаточной функцией вида:

Кор(р)=(Т2рУ/((Т2рГ + 2 Тгр + 1)),

(12)

которое воздействует на ЛАЧХ разомкнутой системы в области частот со >соср (рис. 7). Звено Ккор(р) включается как показано на рис. 10 и образует совместно

Рис. 10

с пропорциональным звеном Кизм параллельную структуру, которая при условии Кизм<< 1 может быть описана как:

Кор(Р) = тР)2 +2КизмТ2р + Кизм)/((Т2р)2 +2Г2р + 1). (13) Звенья вида (13) относят к классу селективно-режекторных, для которых частота нуля не равна частоте полюса. При Ки3м« 1 звено Ккор(р) вносит зна-

чительный положительный фазовый сдвиг в диапазоне частот со, превышающем десятикратное изменение частоты режекции сореж. Это обстоятельство использовано в работе для увеличения запаса по амплитуде замкнутой системы, в которой постоянная времени нагруженного трансформатора Та меняется в широких пределах.

На основе анализа переходных процессов в формирователе с двумя видами частотной коррекции определена формула для вычисления оптимального значения постоянной Т2 звена (13):

T2=(jK^)/l,66cocp. (14)

Результаты исследования динамических характеристик системы показали, что дополнительно введенная цепь ВЧ коррекции позволяет существенно повысить быстродействие системы за счет увеличения частоты среза соср. Монотонность переходных процессов достигается в широком диапазоне изменения параметров нагруженного трансформатора, что существенно упрощает его конструктивное исполнение.

Исследование погрешностей измерения тока утечки СПП (активной составляющей), обусловленных задающим воздействием U3ad(p) на формирователь (рис. 10), показало, что скорость затухания емкостной составляющей тока пропорциональна частоте среза формирователя. Однако максимальное значение частоты среза, при котором процесс изменения во времени емкостного тока апериодический, ограничивается индуктивностью рассеяния трансформатора, что иллюстрируется на рис. 11, где представлены кривые времени установления tycm емкостного тока до 1 мкА и 10 мкА в зависимости от частоты среза. Вертикальные линии на графике определяют максимальные значения соср и область допустимых величин LS3Ke, при которых переходный процесс носит апериодический характер (Снэкв= 5 нФ). Например, для соср = 5000 рад/с емкостной ток

снижается до уровня 10 мкА через 0,6 мс после приложения задающего воздействия. При этом индуктивность рассеяния не может быть выше 0,001 Гн. Для соср = 3000 рад/с время установления равно 1 мс, а LS3Kg возрастает до 0,005 Гн.

Ранее показано, что формирователь с низкочастотной коррекцией не работоспособен уже при значениях LS3Ke выше 0,001 Гн и соср = 2000 рад/с.

1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0,20 0.00

1500 2000 2500 3000 3500^ 4000 4500 5000 5500 п.,. рад/с

Рис. 11

На рис. 12 показаны зависимости модуля относительной погрешности 53 (3) от тока утечки /г для различных интервалов времени задержки г отсчитанной от момента возникновения задающего воздействия. Сравнив полученный график с рис. 9 можно видеть, что формирователь с цепями НЧ и ВЧ коррекции вносит допустимую инструментальную динамическую погрешность, равную 10 %, при измерении активной составляющей равной 10 мкА. Требуемая для этого длительность «полки» испытательного импульса может составлять 0,76 мс (рис. 11). Для формирователя с НЧ коррекцией при максимально допустимой погрешности измерения, равной 10 %, те же параметры составят 18 мкА и 3 мс (рис. 9) соответственно, что существенно хуже.

17.5---V---' = '-----

12.5---V---11ЯЯ £ 0,002 Гн;^-0,Пмс-.а^-4000ра<Э/с;

Ю,о £ 0,005Гн;^-1,2мс; (»„-3000рад/с;

-2000рад 1с;

7.5 5.0 2.5 0.0

0 5 10 15 20 . 25 30 35 40 45 1Г, МкА

Рис. 12

Проведен анализ инструментальной погрешности 8В измерения тока утечки СПП, обусловленной возмущающим воздействием 2(р) на формирователь с двумя цепями коррекции. Определено, что погрешность 8В на порядок-меньше погрешности 83 (рис. 12). Поэтому в формирователях с двумя типами корректирующих цепей погрешностью 8в можно пренебречь.

В четвертой главе выполнено схемотехническое моделирование временных процессов в стабилизированных формирователях двух разновидностей: с входным сетевым импульсом и автономном формирователе. Представлены результаты экспериментальных исследований разработанных макетов формирователей с различными цепями частотной коррекции.

Схемотехнические аналоги стабилизированных формирователей исследованы с помощью системы МиШз1т 8. Рассматривался высоковольтный трансформатор с различными параметрами эквивалентной схемы, нагруженный на активно-емкостную нагрузку, имитирующую СПП. Результаты моделирования показали идентичность динамических процессов в стабилизированных формирователях с различными источниками входных импульсов, имеющих одинаковое выходное сопротивление.

Моделирование процессов в формирователе с низкочастотной коррекцией подтвердило полученные ранее значения времени установления переходных процессов порядка (2,5 — 3) мс в стабилизированных формирователях. Это затрудняет процесс получения испытательных импульсов с амплитудой выше 3

%-

1А1С = 1мкА |

Ь1яа 5 О.ООХГя;«,^, - 0,76мс;са9 - 5000рад/с; ^„^.О.ООгГн;^ - О.Пмс-.ео^ ' 4000рад/с; 5 0,003 Гн; ()еж -1.2 мс; а>а - 3000рад /с; .

. 2000рад/е;

kB из-за необходимости формирования широкой полки, при которой обеспечивается допустимая погрешность измерения токов утечки СПП.

Исследование процессов в формирователях с цепями НЧ и ВЧ коррекции подтвердило правильность разработанных методик расчета корректирующих звеньев во всем рабочем диапазоне изменения индуктивности рассеяния LSMe трансформатора, величина которой может быть выше на порядок (0,01 Гн), чем в формирователе только с низкочастотной коррекцией (0,001 Гн). Максимальная погрешность расчета параметров корректирующих цепей не превышает 15 %. Подтверждена выявленная ранее зависимость времени установления переходного процесса и индуктивности рассеяния Ls эка от частоты среза соср. При изменении частоты соср от 2000 рад/с до 5000 рад/с время установления активной составляющей тока нагрузки m уменьшается от1,5 мс до 0,55 мс (с допуском 5 % относительно установившегося значения). Одновременно верхнее значение диапазона изменения Ls экв, при котором обеспечивается апериодическая форма переходного процесса, снижается от 0,01 Гн до 0,0012 Гн, что хорошо согласуется с результатами главы 3.

Приведенные результаты моделирования имеют большое практическое значение. Малая длительность «полки» позволяет формировать испытательные импульсы напряжения до 6 кВ, а сравнительно большая допустимая индуктивность рассеяния трансформатора снижает требования к конструктивному выполнению трансформатора, что особенно важно при высоких выходных напряжениях.

Выводы схемотехнического моделирования и теоретических положений главы 3 были подтверждены результатами экспериментальных исследований макетов стабилизированных формирователей. Максимально возможное быстродействие формирователя, обеспечивающее минимальную погрешность измерения тока утечки, определяет время установления тока утечки в пределах 0,6 мс для соср=5000 рад/с. При этом использовался трансформатор с индуктивностью рассеяния Ls3Ke — 0,0011 Гн. Такой результат позволяет достаточно просто формировать испытательные импульсы с уровнем полки 4 кВ и выше, что показано в работе на осциллограммах. Для получения апериодических процессов установления тока СПП при использовании трансформатора с повышенной индуктивностью рассеяния (Ls экв = 0,004 Гн) необходимо уменьшать быстродействие системы за счет снижения частоты среза до 3000 рад/с. Тем не менее, время установления тока утечки составляет достаточно малую величину, равную 1 мс, что определяет уровень емкостной составляющей тока порядка 1 мкА в измеряемом токе СПП (рис. 16) и порог чувствительности 10 мкА (при погрешности измерения 10 %). Активное сопротивление и емкость нагрузки формирователя выбраны соответственно 5 МОм и 5 нФ.

Исследование макета стабилизированного формирователя, нагруженного на реальные тиристоры Т630 и Т253-1250, имеющие уровни токов утечки и установившееся значение емкости перехода соответственно 550 мкА, 3 нФ и 50 мкА, 6 нФ, подтвердили полученные ранее результаты.

На основе принципиальной схемы макета разработан и изготовлен диагностический прибор ТЕСТ-1 для измерения токов СПП в состоянии низкой

проводимости. В основу прибора положен автономный стабилизированный формирователь, генерирующий однократный, однополярный испытательный импульс напряжения с пологой вершиной, уровень которой регулируется в пределах (200 - 4000) В. Диапазон измеряемых токов: 30 мкА - 30 мА. Относительная погрешность измерения активной составляющей тока не выше 10 % при максимальной емкости нагрузки до 10 нФ

В заключении приводятся основные результаты и выводы.

В приложении представлены акты о внедрении и использовании результатов диссертационной работы в виде разработанных измерительных приборов серии «ТЕСТ» на основе стабилизированных формирователей.

Основные результаты работы

1. Проведен сравнительный анализ по результатам моделирования временных процессов в нестабилизированных формирователях (с параметрической стабилизацией) испытательных импульсов напряжения с пологой вершиной. Определена величина инструментальной погрешности измерения токов утечки и порог чувствительности измерительной аппаратуры, в которой используются разновидности формирователей с параметрической стабилизацией пологой. вершины импульса. Сформулированы рекомендации по использованию указанных формирователей.

2. Предложена новая структура пассивного формирователя с симметричным ограничением двухполярного сетевого импульса.

3. Обоснована необходимость разработки и предложены новые структуры стабилизированных формирователей испытательных импульсов с пологой вершиной на основе структуры с обратной связью по выходному напряжению. Применение таких формирователей в измерительной аппаратуре позволяет существенно улучшить ее метрологические характеристики.

4. С целью обеспечения устойчивости стабилизированных формирователей предложен способ включения в систему и разработана методика расчета низкочастотного корректирующего звена. Определены динамические погрешности измерения тока утечки СПП при различных типах воздействий на систему в рабочем диапазоне изменения параметров. Рассчитан порог чувствительности по току утечки СПП измерительной аппаратуры с данным видом коррекции.

5. Разработана методика обеспечения устойчивости и качества переходных процессов стабилизированных формирователей за счет совместного использования низкочастотного и высокочастотного корректирующих звеньев. Применение таких звеньев при реализации измерительной аппаратуры позволяет существенно снизить статические и динамические погрешности при измерении токов утечки СПП, а также вдвое уменьшить порог чувствительности по току за счет повышения быстродействия замкнутой системы.

6. Проведено схемотехническое моделирование и экспериментальные исследования макетов стабилизированных формирователей, позволившие сформулировать практические рекомендации по рациональному выбору параметров элементов формирователей с целью повышения быстродействия и уменьшения погрешностей измерения токов утечки СПП.

7. Результаты работы положены в основу разработанного и изготов- * ленного прибора ТЕСТ-1, внедренного на ОАО ПКП «Атомспецснаб», г. Воронеж, и используемого для входного контроля по токам утечки СПП в холодном состоянии при формировании заказов для атомных станций и металлургических комбинатов. Принципы построения стабилизированных формирователей, методики измерения параметров СПП используются в учебном процессе на кафедре Автоматики Мордовского госуниверситета, что подтверждено актами о внедрении.

8. Предложенные в работе структуры стабилизированных формирователей испытательных импульсов напряжения и методы их частотной коррекции рекомендуются к использованию при построении контрольно-измерительной аппаратуры для диагностики параметров СПП в состоянии низкой проводимости. Подобная аппаратура применяется на предприятиях - изготовителях СПП, а также в организациях, занимающихся разработкой и эксплуатацией преобразовательных устройств на основе СПП.

Основные публикации по теме диссертации

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России

1. ПАТЕНТ на полезную модель 49280 RU, МПК7 G01 R 31/26. Устройство для контроля параметров тиристоров / А. А. Мускатиньев (RU), А. В. Мускатиньев (RU), С. А. Федосин (RU),. - № 2005116693/22; заявлено 31.05.2005; опубл. 31.05.2005, Официальный бюллетень «Изобретения. Полезные модели». № 31. — 2 с.

2. ПАТЕНТ на полезную модель 49281 RU, МПК7 G01 R 31/26. Устройство для измерения токов утечки силовых полупроводниковых приборов / А. А. Мускатиньев (RU), А. В. Мускатиньев (RU). - № 2005121204/22; заявлено 06.07.2005; опубл. 10.11.2005, Официальный бюллетень «Изобретения. Полезные модели». № 31. - 2 с.

3. ПАТЕНТ на полезную модель 50003 RU, МПК7 G01 R 31/26. Устройство для испытания силовых полупроводниковых приборов / А. А. Мускатиньев (RU), А. В. Мускатиньев (RU). - № 2005123471/22; заявлено 22.07.2005; опубл. 10.12.2005, Официальный бюллетень «Изобретения. Полезные модели». №34.-2 с.

Публикации в других изданиях

4. Мускатиньев, А. А. Измерение барьерной емкости силовых полупроводниковых приборов / А. А. Мускатиньев, А. В. Мускатиньев, С. А. Федосин // Технические и естественные науки: проблемы, теория, эксперимент: межвуз. сб. научн. тр. Вып.Ш. - Саранск, 2004. - С. 51-54. - ISBN 5-93966-0223.

5. Мускатиньев, А. А. Требования к построению диагностической аппаратуры статических параметров силовых полупроводниковых приборов (СПП) / А. А. Мускатиньев, А. В. Мускатиньев, С. А. Федосин // Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов: сб матер. III Всерос. научн.-техн. конф. (24 - 25 мая 2005). - Пенза, 2005. - С. 144-146. -ISBN 5-8356-0400-9.

- 6., Мускатиньев, А. А. Повышение, точности измерения токов утечки силовых полупроводниковых приборов / А. А. Мускатиньев, А. В. Мускатиньев, С. А. Федосин // Материалы X научн. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского госуниверситета. 42. - Саранск, 2005. - С, 232-233.

; 7. . Мускатиньев, А. А, .Генератор высоковольтного, испытательного напряжения / А. А. Мускатиньев, А. В. Мускатиньев, С. Г. Лобанов // Естественно-технические исследования: теория, методы, практика: межвуз, сб. научн. тр. Вып.Ш. -Саранск, 2003. -С.103-т106. г-ISBN 5-93966-022-3., ;

: , 8. Мускатиньев,. А, А. Измеритель, токов утечки силовых полупроводниковых приборов , 7 ; А. А. Мускатиньев // Технические и естественные науки:; проблемы, теория, эксперимент: межвуз.;сб. научн. тр. Вып.III. - Саранск, 2004. - С. 65-69. - ISBN 5-93966-022-3. ,; ;

9. Мускатиньев, А. А. Классификация формирователей высоковольтных испытательных импульсов напряжения / А. А. Мускатиньев // Технические и естественные науки: проблемы, теория, эксперимент: межвуз. сб. научн. тр. Вып.У. - Саранск, 2005. - С. 24-29. - ISBN 5-93966-001-0.

10. Мускатиньев, А. А. Стабилизированный генератор испытательных высоковольтных импульсов напряжения / А. А. Мускатиньев // Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов: сб матер. III Всерос. научн.-техн. конф. (24 - 25 мая 2005). - Пенза, 2005. - С. 147-149. -ISBN 5-8356-0400-9.

11. Мускатиньев, А. А. Оценка устойчивости стабилизированного генератора однократных высоковольтных импульсов напряжения / А. А. Мускатиньев // Материалы X научн. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского госуниверситета. 42. - Саранск, 2005. - С. 233-235.

12. Мускатиньев, А. А. Стабилизированный генератор однократных импульсов как система автоматического регулирования (САР) / А. А. Мускатиньев // Естественно-технические исследования: теория, методы, практика: межвуз. сб. научн. тр. Вып.У. - Саранск, 2005. - С. 7-11. - ISBN 5-93966-019-3.

13. Мускатиньев, А. А. Амплитудно-частотные характеристики стабилизированного генератора испытательных импульсов / А. А. Мускатиньев // Естественно-технические исследования: теория, методы, практика: межвуз. сб. научн. тр. Вып.У. - Саранск, 2005. - С. 18-22. - ISBN 5-93966-019-3.

14. Мускатиньев, А. А. Обеспечение устойчивости стабилизированного генератора испытательных импульсов с помощью низкочастотного корректирующего звена / А. А. Мускатиньев // Естественно-технические исследования: теория, методы, практика: межвуз. сб. научн. тр. Вып.У. - Саранск, 2005. - С. 28-31. - ISBN 5-93966-019-3.

15. Мускатиньев, А. А. Частотная коррекция стабилизированного генератора испытательных импульсов в области высоких частот / А. А. Мускатиньев // Естественно - технические исследования: теория, методы, практика: межвуз. сб. научн. тр. Вып.У. - Саранск, 2005. - С. 31-35. - ISBN 5-93966-019-3.

16. Мускатиньев, А. А. Стабилизированные формирователи испытательных импульсов для аппаратуры контроля параметров СПП / А. А. Мускатиньев, А. В. Мускатиньев, С. А. Федосин // Материалы V Респуб. научно-

практич. конф. «Наука и инновации в Республике Мордовия ». - Саранск, Мор-дов. ун-т, 2006. - С. 569-570.

17. Мускатиньев, А. А. Погрешности измерения токов утечки силовых полупроводниковых приборов' (СПП) / А. А. Мускатиньев // Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов: сб. статей IV Всерос. научн.-техн. конф. (23 - 24 мая 2006). - Пенза, 2006. - С. 165-168. -ISBN 5-83546-0520-Х.

18. Мускатиньев, А. А. Погрешности измерения токов утечки при использовании стабилизированных формирователей испытательных импульсов / А. А. Мускатиньев // Технические и естественные науки: проблемы, теория, эксперимент: межвуз. сб. научн. тр. Вып.VI. - Саранск, РНИИЦ, 2006. - С. 13 -21.-ISBN 5-98241-022-5.

Подписано в печать 20.09.06. Объем 1,25 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 1807. Типография Издательства Мордовского университета 430000, г. Саранск, ул. Советская, 24

Введение

Глава 1. Формирователи (генераторы) испытательного напряжения в аппаратуре для измерения параметров СПП в состоянии низкой проводимости

1.1 Особенности измерения параметров СПП в состоянии низкой проводимости

1.2 Обзор технических решений и классификация формирователей испытательных высоковольтных импульсов напряжения

1.3 Особенности генераторов с параметрической стабилизацией пологой вершины импульса

1.4 Моделирование динамических процессов и оценка погрешности измерения токов утечки при использовании генераторов с параметрической стабилизацией пологой вершины импульса

В последнее десятилетие российской силовой электронике стала доступной новая элементная база, изменившая схемотехнику преобразовательных устройств. Мощные полевые транзисторы вида MOSFET, биполярные с изолированным затвором IGBT постепенно вытесняют обычные силовые полупроводниковые приборы (СПП) - тиристоры и диоды из традиционных областей их применения. Это объясняется многими факторами, главными из которых являются [1-5]: полная управляемость транзисторов, малая мощность управления, возможность параллельного соединения (униполярные с р-n переходом, MOSFET), малое падение напряжения в открытом состоянии (IGBT) и др. Тем не менее, остаются обширные ниши преобразовательной техники, где позиции обычных СПП достаточно устойчивы. В первую очередь это касается применений, где требуются высоконадежные, способные к многократным перегрузкам по току силовые ключи, какими и являются СПП. К таким областям промышленности могут быть отнесены передача и преобразование энергии, преобразователи для подвижного состава (трамваи, троллейбусы, метро, магистральные электровозы), индукционный нагрев металлов, дуговые печи постоянного тока для плавки металлов, гальванотехника, электролиз металлов (цинк, марганец, никель, медь, алюминий, магний, галлий) [6].

В настоящее время кроме завода «ЭЛЕКТРОВЫПРЯМИТЕЛЬ», являющегося российским флагманом по производству СПП, появились новые, динамично развивающиеся предприятия подобного профиля с широкой номенклатурой элементов силовой электроники, в том числе силовых тиристоров и диодов. Это заводы «ПРОТОН ЭЛЕКТРОТЕКС» и «ЭЛЕКТРУМ АБ» г. Орел [712]. На указанных предприятиях постоянно ведутся разработки новых СПП, и в настоящее время их ряд расширился по току до 5000 А и напряжению до 6000 В. Основная цель указанных предприятий - обеспечить отечественных производителей и разработчиков устройств силовой электроники недорогими полупроводниковыми компонентами высокого качества с параметрами, соответствующими или превосходящими мировые образцы.

Немаловажную роль для решения данной задачи играет факт наличия на производстве испытательной аппаратуры для измерения параметров СПП. Подобную аппаратуру должны иметь и потребители продукции этих заводов. Несмотря на то, что количество паспортных параметров СПП может превышать 15 [13-15], существует несколько статических параметров, по результатам измерения которых можно однозначно оценить пригодность СПП к эксплуатации. В [16,17] такие параметры называют параметрами-критериями годности которыми в случае силовых тиристоров являются:

- повторяющийся импульсный обратный ток Irjm и повторяющийся импульсный ток в закрытом состоянии

- отпирающий ток управляющего электрода Iqt\

- импульсное напряжение в открытом состоянии Utm

Среди указанных выше параметров токи и IDRM являются наиболее важными, определяющими качество СПП, который в состоянии низкой проводимости (закрытом состоянии) представляет собой активно-емкостную нагрузку. Измерение токов IRRM и IDRM, характеризующих активную составляющую общего тока СПП, позволяет осуществить проверку класса СПП, выявить его тенденцию к снижению в процессе эксплуатации и своевременно заменить потенциально ненадежный СПП. Измерение обратных токов и токов в закрытом состоянии СПП в широком диапазоне испытательных напряжений также дает возможность определить форму статической вольтамперной характеристики (ВАХ) СПП при различной температуре, что особенно важно при разработке новых типов силовых приборов.

Возможность измерения токов утечки с заданной погрешностью затрудняется наличием емкостной составляющей в общем токе СПП, величина которой зависит от барьерной емкости СПП и скорости изменения испытательного напряжения в момент измерения. Проблема усугубляется для СПП таблеточной конструкции корпуса с большой площадью перехода, для которых начальное значение барьерной емкости достигает десятки нФ. В этом случае емкостная составляющая тока СПП может существенно превышать малые уровни токов Irrm и Idrm (десятки мкА), измерение которых с заданной точностью становится сложной научно-технической проблемой. Для ее решения требуется измерительная аппаратура, метрологические и технические характеристики которой определяются главным узлом - универсальным формирователем (генератором) высоковольтных испытательных импульсов напряжения специальной формы. В понятие «универсального формирователя» вкладывается следующий смысл:

- с целью предотвращения перегрева полупроводниковой структуры СПП [18,19] и обеспечения безопасности обслуживающего персонала генератор должен обеспечивать формирование однократного однополярного или двухпо-лярного импульса напряжения;

- в генераторе должна быть предусмотрена регулировка амплитуды импульса в широком диапазоне напряжений, порядка (0,2 - 6) кВ;

- структура генератора для большей надежности должна быть реализована с использованием высоковольтного трансформатора;

- форма испытательного импульса напряжения должна быть такой, чтобы обеспечить возможность измерения токов утечки через СПП в диапазоне от единиц микроампер до десятков миллиампер [19,20]. Практически это требование заключается в необходимости формирования с высокой точностью пологой вершины испытательного импульса, «полки», во время действия которой осуществляется измерение активной составляющей тока через СПП, а емкостная составляющая подавлена.

В настоящее время универсального формирователя и методики его проектирования не существует, что и определило предмет настоящего исследования.

Состояние проблемы. Схемотехническая реализация аппаратуры для измерения токов утечки отличается большим разнообразием. Ее достоверность результата измерения токов Irrm и Idrm определяется в основном тем, в какой степени решена задача устранения емкостной составляющей. Это в конечном итоге зависит от формы испытательных импульсов генератора. Первые образцы формирователей появились еще в 70-х годах. В их разработке принимали участие: научный коллектив Всесоюзного электротехнического института (ВЭИ) им. В. И. Ленина, коллектив кафедры электропривода и автоматизации промустановок Челябинского политехнического института им. Ленинского комсомола [21], инженеры завода «ЭЛЕКТРОВЫПРЯМИТЕЛЬ», сотрудники кафедры автоматики Мордовского госуниверситета им. Н. П. Огарева. Такие предприятия, как НИИ ТЭЗ им. М. И. Калинина, ЛИИЖТ и ряд других организаций, также принимали участие в разработке генераторов испытательных сигналов. Уровень технологии производства СПП в то время в основном был ориентирован на приборы штыревой конструкции с малой площадью кремниевого кристалла, для которых емкость обратно смещенного P-N перехода СПП (барьерная емкость) [20,22-26] невелика. Поэтому задача подавления емкостной составляющей тока стояла не так остро. В качестве испытательного напряжения применялась последовательность высоковольтных однополупериодных сетевых импульсов. Аппаратура получалась стационарной, и в целях безопасности для ее обслуживания требовался подготовленный персонал.

Среди зарубежных производителей измерительной аппаратуры следует отметить швейцарскую фирму LEM, французскую 3C-ELECTRONIX и американскую LORLIN. Приборы этих фирм отличаются высоким качеством изготовления и приемлемыми метрологическими характеристиками, но их цены делают эту аппаратуру недоступной для отечественного потребителя. Указанные фирмы в основном производят лабораторное стационарное оборудование, которое имеет ограниченное применение.

Российские заводы-изготовители СПП производят измерительную аппаратуру для собственных нужд (работа в цеховых условиях) и, в редких случаях, для сторонних организаций. Отечественным предприятием, специализирующимся на выпуске переносной диагностической аппаратуры для СПП, является НПЦ АЛЬФА РИТМ [27-29]. Аппаратура, производимая фирмой, отличается умеренными ценами и позволяет потребителю решать множество задач, связанных с входным контролем параметров СПП, их подбором для группового соединения. Однако порог чувствительности аппаратуры для измерения токов утечки ограничен на уровне (250 - 400) мкА, что обусловлено наличием емкостной составляющей тока СПП.

Таким образом, проблема измерения малых токов утечки при напряжениях до 6000 В с заданной точностью до сегодняшнего дня окончательно не решена, так как не существует современных схемотехнических решений генераторов, способных значительно подавить емкостную составляющую тока СПП, а также нет методик проектирования таких генераторов. Кардинально решить эту проблему можно только разработкой и применением формирователей, пологая вершина импульсов которых с высокой точностью стабилизирована цепью обратной связи во всем диапазоне амплитуд испытательных импульсов.

Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы является исследование и разработка стабилизированных формирователей высоковольтных испытательных импульсов напряжения с пологой вершиной для аппаратуры измерения токов утечки СПП. Эта цель достигается решением следующих задач:

1. Сравнительный анализ существующих формирователей по результатам моделирования и значениям погрешностей измерения токов утечки СПП; классификация формирователей.

2. Разработка новых структур стабилизированных генераторов импульсов с пологой частью для аппаратуры, обеспечивающей высокую точность измерения тока утечки.

3. Оценка устойчивости стабилизированных генераторов импульсов.

4. Определение критериев выбора корректирующих цепей замкнутой системы, обеспечивающих точность стабилизации «полки», необходимую погрешность измерения тока, устойчивость и требуемое качество переходных процессов в стабилизированном формирователе.

5. Разработка рациональных способов включения корректирующих звеньев различного типа и инженерных методик их расчета с использованием логарифмических частотных характеристик разомкнутой системы стабилизации.

6. Оценка предельного диапазона изменения параметров звеньев системы для различных типов корректирующих цепей с целью получения допустимой погрешности измерения токов утечки СПП и наилучшего качества переходных процессов.

7. Подтверждение полученных выводов результатами схемотехнического моделирования динамических процессов и экспериментальным исследованием макетных образцов разработанных стабилизированных формирователей.

Методы исследования. При решении поставленных задач используются положения и методы теории электрических цепей и классической теории автоматического регулирования. Для моделирования динамических процессов в замкнутой системе применяются лицензированные пакеты прикладных программ MATLAB и Simulink. Система Multisim 8 позволила подтвердить полученные результаты и разработанные методики расчета корректирующих звеньев на схемотехнических аналогах стабилизированных формирователей.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Выполнен сравнительный анализ по результатам моделирования временных процессов и по величине инструментальной погрешности измерений токов утечки нестабилизированных формирователей испытательных импульсов напряжения с пологой вершиной.

2. Предложена новая структура нестабилизированного формирователя с симметричным ограничением двухполярного сетевого импульса.

3. Разработаны новые структуры стабилизированных формирователей испытательных импульсов с пологой вершиной.

4. Предложена методика обеспечения устойчивости стабилизированных формирователей с помощью низкочастотного корректирующего звена.

5. Разработана методика обеспечения устойчивости и качества переходных процессов стабилизированных формирователей за счет совместного использования низкочастотного и высокочастотного корректирующих звеньев. Применение таких формирователей в измерительной аппаратуре позволяет существенно снизить статические и динамические погрешности при измерении токов утечки СПП.

6. В результате схемотехнического моделирования и экспериментальных исследований макетов стабилизированных формирователей получены практические рекомендации по выбору параметров элементов формирователей с целью повышения быстродействия и точности измерения токов утечки СПП.

Структура и краткое содержание диссертации. Настоящая диссертационная работа состоит из 4-х глав основного текста, заключения и приложения. В первой главе представлен обзор существующих формирователей однократных высоковольтных импульсов. По результатам моделирования динамических процессов и величине погрешности измерения тока утечки СПП проведена их сравнительная оценка. Предлагаются новые структуры стабилизированных формирователей. Вторая глава посвящена вопросам построения замкнутых структур стабилизированных формирователей, аналитическому описанию элементов, составляющих эти структуры, оценке устойчивости. В третьей главе описываются способы частотной коррекции стабилизированных формирователей и разрабатываются методики расчета корректирующих цепей для обеспечения устойчивости и качества переходных процессов. Проводится анализ инструментальных погрешностей измерения тока утечки при использовании стабилизированных формирователей. В четвертой главе проведено схемотехническое моделирование динамических процессов и экспериментальные исследования макетных образцов разработанных стабилизированных формирователей, сопоставление теоретических и практических результатов. Описан разработанный прибор ТЕСТ-1, предназначенный для измерения токов утечки СПП. В основу прибора положена одна из новых структур стабилизированного формирователя. В заключении изложены основные результаты и выводы. В приложении представлены документы о внедрении и использовании результатов диссертационной работы.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты моделирования временных процессов и расчета инструментальных погрешностей нестабилизированных формирователей испытательных импульсов напряжения с пологой вершиной при работе на активно емкостную нагрузку, позволяющие оценить порог чувствительности по току утечки диагностической аппаратуры для измерения параметров СПП .

2. Новые разработанные структуры стабилизированных формирователей высоковольтных импульсов с пологой вершиной, применение которых обеспечивает высокую точность измерения токов утечки СПП за счет эффективного подавления емкостных составляющих тока.

3. Методики расчета и способы включения низкочастотных и высокочастотных корректирующих цепей, обеспечивающих устойчивость, качество переходных процессов и малую инструментальную погрешность стабилизированных формирователей.

4. Результаты экспериментальных исследований макетов стабилизированных формирователей высоковольтных импульсов с плоской вершиной и практические рекомендации по их использованию в аппаратуре измерения параметров СПП.

Реализация результатов работы.

Модификация разработанного стабилизированного формирователя положена в основу измерительного прибора ТЕСТ-1, внедренного на ОАО ПЕЛ «Атомспецснаб» г. Воронеж и используемого для измерения токов утечки на входном контроле СПП при формировании заказов для атомных станций и металлургических комбинатов.

Теоретические положения и практические результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры «Автоматики» Мордовского государственного университета при обучении студентов специальности 210106 - «Промышленная электроника» по дисциплине «Электрорадиоизмерения».

Результаты работы положены в основу разработанного и изготовленного прибора ТЕСТ-1, внедренного на ОАО ПКП «Атомспецснаб» г. Воронежа, и используемого для входного контроля СПП в холодном состоянии при формировании заказов для атомных станций и металлургических комбинатов.

Принципы построения стабилизированных формирователей, методики измерения параметров СПП используются в учебном процессе на кафедре Автоматики Мордовского госуниверситета, что подтверждено актами о внедрении.

Заключение

1. Семенов, Б. Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов / Б. Ю. Семенов. М. : «СОЛОН-Р», 2001. - 237 с. - ISBN 5-93455-089-6.

2. Щукина, И. Новая технология РТ IGBT против мощных полевых МОП транзисторов / И. Щукина, М. Некрасов // Силовая электроника. - 2004. -№ 1.-С. 14-16.

3. Сравнительные экспериментальные исследования модулей IGBT и модулей на основе комбинированных СИТ МОП - транзисторов / О. Боно-морский и др. // Силовая электроника. - 2004. - № 1. - С. 18-21.

4. Сидоров, М. Новые IGBT транзисторы компании Fuji Electric Device Technology / M. Сидоров // Силовая электроника. - 2004. - № 1. - С. 24-25.

5. Полищук, А. Проблемы выбора ключевых транзисторов с жестким переключением / А. Полищук // Силовая электроника. 2004. - № 2. - С. 22-25.

6. Бобков, В. Силовая преобразовательная техника для мощных электротехнологических установок постоянного тока / В. Бобков, А. Бобков, В. Ко-пырин // Силовая электроника. 2004. - № 1. - С. 66-69.

7. Волошин, С. Наперегонки с «Мерседесом» / С. Волошин // Силовая электроника. 2004. - № 2. - С. 4-6.

8. Новые разработки статических преобразователей для электровозов переменного и постоянного тока / В. Суслов и др. // Компоненты и технологии. 2005. -№ 2. - С. 96-98.

9. Новая серия высоковольтных тиристорных преобразователей частоты для синхронного электропривода / JI. Рожков и др. // Компоненты и технологии. -2005. -№ 4. с. 90-91.

10. Силовые блоки на основе мощных диодов и тиристоров. Часть I. Выпрямители. Ключи переменного тока / В. Масленников и др. // Компоненты и технологии. 2005. - № 5. - С. 78-79.

11. Мартыненко, В. Новые высокомощные диоды и тиристоры для промышленности, транспорта и энергетики / В. Мартыненко, Г. Чумаков // Силовая электроника. -2006. -№ 1. С. 106-107.

12. Павлынив, Я. Мощные диоды и тиристоры таблеточной конструкции с повышенной стабильностью и высокой устойчивостью корпуса / Я. Павлынив, Р. Рыбак, А. Солодовник // Силовая электроника. 2005. - № 1. - С. 810.

13. Чебовский, О. Г. Силовые полупроводниковые приборы : справочник / О. Г. Чебовский, JI. Г. Моисеев, Р. П. Недошивин. М. : Энергоатомиздат, 1985.-400 с.

14. Замятин, В. Я. Тиристоры / В. Я. Замятин, Б. В. Кондратьев. М. : Сов. радио, 1980.-64 с.

15. Замятин, В. Я. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры : справочник / В. Я. Замятин М.: Радио и связь, 1985. - 400 с. - ISBN 5-25600701-7.

16. Чебовский, О. Г. Испытания силовых полупроводниковых приборов / О. Г. Чебовский, JI. Г. Моисеев. М. : Энергоиздат, 1981. - 200 с.

17. ГОСТ 24461-80 (СТ СЭВ 1656-79). Приборы полупроводниковые силовые. Методы измерений и испытаний; введен с 01.01.82. М. : Изд - во стандартов, 1981. - 55 с.

18. Аппаратура и методы контроля параметров силовых полупроводниковых вентилей / В. М. Бардин и др.. М. : Энергия, 1973. - 184 с.

19. Бардин, В. М. Измерение параметров силовых полупроводниковых приборов : учебное пособие / В. М. Бардин. Мордовский госуниверситет-Саранск: 1981. 88 с.

20. Евсеев, Ю. А. Силовые полупроводниковые приборы : учебник для техн. / Ю. А. Евсеев, П. Г. Дерменжи. М.: Энергоиздат, 1981. - 472 с.

21. Методы расчета и исследования вентильных преобразователей. Раздел 1. Анализ и расчет схем генераторов импульсов для испытания полупроводниковых вентилей: копия отчета о НИР / Всесоюзн. научн. техн. информ.

22. Центр; Научн. рук. М. В. Гельман М.,1976. - 158 е.; № ГР 74051667. - Инв. № Б341820.

23. Челноков, В. Е. Физические основы работы силовых полупроводниковых приборов / В. Е. Челноков, Ю. А. Евсеев. М.: Энергия, 1973. - 280 с.

24. Горохов, В. А. Тиристоры / В. А. Горохов, М. Б. Щедрин. М. : Сов. радио, 1972.-304 с.

25. Кузьмин, В. А. Тиристоры малой и средней мощности / В. А. Кузьмин.-М. : Сов. радио, 1971.-304 с.

26. Герлах, В. Тиристоры / В. Герлах. М. : Энергоатомиздат, 1985.328 с.

27. Степаненко, И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем / И. П. Степаненко. -М. : Энергия, 1973. 608 с.

28. Беспалов, Н. «АДИП»: диагностика силовых полупроводниковых приборов / Н. Беспалов, А. Мускатиньев // Силовая электроника. 2004. - № 1. -С. 38-39.

29. Беспалов, Н. Н. Аппаратура для диагностики состояния силовых полупроводниковых приборов / Н. Н. Беспалов, А. В. Мускатиньев, Н. В. Трофимов // Актуальные проблемы электронного приборостроения : труды VI Междунар. конф. Новосибирск. -2002. - С. 151-153.

30. Магетто, Г. Тиристоры в электротехнике / Г. Магетто. М. : Энергия, 1977.- 184 с.

31. Петров, Д. Аппаратура для диагностики силовых компонентов. Методы построения и особенности реализации / Д. Петров // Силовая электроника. -2004.-№2.-С. 42-45.

32. Бардин, В. М. Измеритель параметров силовых полупроводниковых приборов / В. М. Бардин, А. Г. Миков, В. П. Цетлин // Измерительная техника. -1979.-№9. с. 55-56.

33. А.с. 545938 СССР, МКИ2 G01 R 31/26. Устройство для контроля параметров тиристоров / К. Д. Воронин и др. (СССР). № 2169867/25; заявлено 5.09.75; опубл. 05.02.77, Бюл. № 5. - Зс.

34. Мускатиньев, А. А. Повышение точности измерения токов утечки силовых полупроводниковых приборов / А. А. Мускатиньев, А. В. Мускатиньев // Электроника и информационные технологии 2003: сб. научн. тр. - Саранск, 2003.-С. 46-49.

35. Мускатиньев, А. А. Измеритель токов утечки силовых полупроводниковых приборов / А. А. Мускатиньев // Технические и естественные науки: проблемы, теория, эксперимент: межвуз. сб. научн. тр. Вып.Ш. Саранск, 2004. - С. 65-69. - ISBN 5-93966-022-3.

36. Патент на полезную модель 49280 RU, МПК7 G01 R 31/26. Устройство для контроля параметров тиристоров / А. А. Мускатиньев (RU), А. В. Мускатиньев (RU), С. А. Федосин (RU),. № 2005116693/22; заявлено 31.05.2005; опубл. 31.05.2005, Бюл. № 31.-2 с.

37. А.с. 859973 СССР, МКИ3 G01 R 31/26. Устройство для контроля допустимого напряжения полупроводниковых приборов / В. В. Веревкин, В. Д. Шевцов, В. А. Мизев (СССР). № 2811892/18-25; заявлено 03.09.79; опубл. 30.08.81, Бюл. №32.-4 с.

38. Патент на полезную модель 50003 RU, МПК7 G01 R 31/26. Устройство для испытания силовых полупроводниковых приборов / А. А. Мускатиньев (RU), А. В. Мускатиньев (RU). № 2005123471/22; заявлено 22.07.2005; опубл. 10.12.2005, Бюл. № 34. - 2 с.

39. А.с. 438950 СССР, МКИ1 G01 R 31/26. Устройство для испытания полупроводниковых вентилей / М. В. Гельман, Г. П. Дубовицкий, В. С. Шипков (СССР). № 1892265/26-25; заявлено 15.03.73; опубл. 05.08.74, Бюл. № 29. - 3 с.

40. А.с. 1394925 SU, МКИ4 G01 R 31/26. Устройство для измерения параметров силовых полупроводниковых приборов / А. В. Мускатиньев и др. (SU). № 24128438/25-21; заявлено 29.09.86. - 3 с.

41. Мускатиньев, А. В. Аппаратура для измерения статических параметров силовых полупроводниковых приборов / А. В. Мускатиньев, Г. И. Кол-пахчьян, Н. Н. Беспалов // Электровозостроение: сб. научн. статей. Т. 27. Новочеркасск, 1984.-С. 129-136.

42. А.с. 920585 СССР, МКИ3 G01 R 31/26. Устройство для классификации силовых тиристоров / А. Г. Миков, В. Я. Осипов, В. П. Цетлин (СССР). № 2958441/18-21; заявлено 11.07.80; опубл. 15.04.82, Бюл. № 14.-4 с.

43. Патент на полезную модель 49281 RU, МПК7 G01 R 31/26. Устройство для измерения токов утечки силовых полупроводниковых приборов / А. А. Мускатиньев (RU), А. В. Мускатиньев (RU). № 2005121204/22; заявлено 06.07.2005; опубл. 10.11.2005, Бюл. № 31. - 2 с.

44. Дьяконов, В. П. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5. Основы применения / В. П. Дьяконов. М. : СОЛОН-Пресс, 2004. - 768 с. - ISBN 5-98003007-7.

45. Дьяконов, В. П. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 в математике и моделировании / В. П. Дьяконов. М. : СОЛОН-Пресс, 2003. - 576 с. - ISBN 593455-177-9.

46. Черных, И. В. Simulink: среда создания инженерных приложений / И. В. Черных. М. : Диалог-МИФИ, 2004. - 491 с. - ISBN 5-86404-186-6.

47. И.В.Черных "Simulink: Инструмент моделирования динамических систем" http://matlab.exponenta.ru.

48. Ицхоки, Я. С. Импульсные и цифровые устройства / Я. С. Ицхоки, Н. И. Овчинников. М. : Сов. радио, 1978. - 592 с.

49. Куропаткин, П. В. Теория автоматического управления : учеб. пособие для электротехн. спец. вузов / П. В. Куропаткин. М. : Высш. шк., 1973. -528 с.

50. Титце, У. Полупроводниковая схемотехника : справочное руководство / У. Титце, К. Шенк. М. : Мир, 1982. - 512 с.

51. Нестеренко, Б. К. Интегральные операционные усилители : справочное пособие по применению / Б. К. Нестеренко. М. : Энергоиздат, 1982. -128 с.

52. Гутников, В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах / В. С. Гутников. Л. : Энергоатомиздат, 1988. - 304 с. - ISBN 5-28304375-4.

53. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы : справочник / С. В. Якубовский и др.. М. : Радио и связь, 1989. - 496 с. - ISBN 5-25600259-7.

54. Коломбет, Е. А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов / Е. А. Коломбет. М. : Радио и связь, 1991. - 376 с. - ISBN 5-25600375-5.

55. Пейтон, А. Дж. Аналоговая электроника на операционных усилителях / А. Дж. Пейтон, В. Волш. М. : БИНОМ, 1994. - 352 с. - ISBN 5-75030013-7.

56. Андриевский, Б. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке MATLAB / Б. Андриевский, А. Фрадков. СПб. : Питер, 1999. - 467 с. - ISBN 5-02-024870-3.

57. Дьяконов, В. П. MATLAB 6 : учебный курс / В. П. Дьяконов. СПб. : Питер, 2001. - 592 с. - ISBN 5-318-00363-Х.

58. Гультяев, А. Визуальное моделирование в среде MATLAB : учебный курс / А. Гультяев. СПб. : Питер, 2000. - 432 с. - ISBN 5-272-00279-2.

59. Масленников, В. В. Избирательные RC усилители / В. В. Масленников, А. П. Сироткин. - М. : Энергия, 1980. - 216 с.

60. Активные избирательные устройства радиоаппаратуры / А. А. Демин и др.. М. : Радио и связь, 1987. - 216 с.

61. Клюев, А. С. Автоматическое регулирование / А. С. Клюев. М. : Энергия, 1967.-344 с.

62. Бесекерский, В. А. Теория автоматического регулирования / В. А. Бесекерский. М. : Наука, 1975. - 768 с.

63. Справочное пособие по теории систем автоматического регулирования и управления / В. Д. Громыко и др. Минск. : Вышэйш. шк., 1973. - 584 с.

64. Нефедов, В. И. Основы радиоэлектроники и связи : учеб. для вузов / В. И. Нефедов. М. : Высш. шк., 2002. - 510 с. - ISBN 5-06-004274-Х.

65. Гоноровский, И. С. Радиотехнические цепи и сигналы : учеб. для вузов / И. С. Гоноровский. М. : Сов. радио., 1971. - 672 с.

66. Сергиенко, А. Б. Цифровая обработка сигналов устройства : учеб. пособие для вузов / А. Б. Сергиенко. СПб. : Питер, 2003. - 608 с. - ISBN 5318-00666-3.

67. Иващенко, Н. Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем / Н. Н. Иващенко. -М. : Машиностроение, 1973. 606 с.

68. Гаврилов, JI. П. Нелинейные цепи в программах схемотехнического моделирования / Л. П. Гаврилов. М. : «СОЛОН-Р», 2002. - 368 с. - ISBN 593455-179-5.

69. Островский, JI. А. Основы общей теории электроизмерительных устройств / Л. А. Островский. М.: Энергия, 1971. - 544 с.

70. Электрические измерения : учеб. пособие для втузов. / К. П. Дьяченко и др.. М. : Энергия, 1972. - 520 с.

71. Атамалян, Э. Г. Методы и средства измерения электрических величин измерения : учеб. пособие для втузов. / Э. Г. Атамалян, Ю. В. Портной, Ю. Д. Чепурнова. -М. : Высшая школа, 1974. 200 с.

72. Мартяшин, А. И. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения / А. И. Мартяшин, Э. К. Шахов, В. М. Шляндин. -М. : Энергия, 1976.-392 с.

73. Лозицкий, Б. Н. Электрорадиоизмерения / Б. Н. Лозицкий, И. И. Мельниченко. М. : Энергия, 1976. - 224 с.

74. Кончаловский, В. Ю. Цифровые измерительные устройства : учеб. пособие для вузов. / В. Ю. Кончаловский. М. : Энергоатомиздат, 1985. - 304 с.

75. Метрологическое обеспечение и эксплуатация измерительной техники / Г. П. Богданов и др.. М. : Радио и связь, 1990. - 240 с. - ISBN 5-25600723-8.

76. Куликовский, К. Л. Методы и средства измерений / К. Л. Куликовский, В. Я. Купер. М. : Энергоатомиздат, 1986. - 448 с.