题 目： 2kV高压双脉冲发生器 指导教师： 王生德 职称： 副教授
学生姓名： 宗新健 学号： *********** 专 业： 电子信息工程 院（系）： 信息工程学院 完成时间： 5月25日
2012年 5月 25日
郑州大学信息工程学院毕业论文 2kV高压双极性脉冲发生器
2kV高压双极性脉冲发生器
摘 要
在环保的的前提下，科学的捕鱼，合理的驱赶鱼群已近成为水利工程部门与渔业养殖的一个新思路。
以往的捕鱼和驱赶鱼的设备基本上都是运用单极性脉冲发生器，这样工作效率大打折扣。
本文详细介绍了捕鱼器通过改进使用双极性脉冲发生器的设计过程。双极性脉冲发生器使捕鱼器提高了效率，方便了使用。脉冲放电这一过程也是捕鱼器的关键过程，直接关系到捕鱼的效果。双极性脉冲发生器是利用电容、二极管、可控硅等相互组合制作而成，方法简单效果显著。
本论文的研究成果将为捕鱼器的进一步发展提供理论支持。
关键词：可控硅、NE555、NE556、SG3525、MOS场效应管。
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Abstract
Consider the environmental protection, scientific fishing and driving fish reasonably have become a new way for water conservancy project department and fishery breeding.
The previous fishing and driving equipment are used with basically one polarity pulse amplifier, so the work efficiency discount greatly.
This paper introduces the fishing by improving use dual polarity pulse amplifier, the design process of dual polarity pulse amplifier make fishing is improve efficiency and convenience to use pulse discharge the process is also the key process of fishing, directly related to the effect of fishing bipolar pulse amplifier is controlled by capacitance diode and mutual combination is made and be simple and obvious effect.
This paper the research, which will be for the further development of the fishing is to provide theory support.
Keywords: SCR40TPS16 , NE555 , NE556 , SG3525 , Metal Oxide SemIConductor FET.
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目录
前 言........................................................................ 1 1捕鱼器的组成元件 ........................................................... 3 2主要元件的介绍 ............................................................. 3 2.1 SG3525 ................................................................... 3 2.2 NE555 .................................................................... 7 2.3 NE556 ................................................................... 13 2.4可控硅 .................................................................. 13 2.5 MOS场效应管 ............................................................ 17 3 电路设计 .................................................................. 19 3.1主电路设计 .............................................................. 19 3.2前级的设计 .............................................................. 23 3.3各器件所产生的波形图 .................................................... 26 4结论 ...................................................................... 27 致谢........................................................................ 28 参考文献 .................................................................... 29
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前言
在三峡大坝的建筑过程中，三峡库区特别是三峡大坝坝前水域是鱼类分布比较密集的场所,除一些重要的经济鱼类外,长江流域的珍稀、濒危鱼类如白鲟、达氏鲟和胭脂鱼等都有可能在此栖息。围堰爆破时所产生的水下冲击波,可能会对邻近水域的鱼类产生不同程度的伤害。为了尽量减少乃至避免这种不利影响,体现工程建设与生态保护协调一致的原则,中国长江三峡工程开发总公司联合水利部中国科学院水工程生态研究所开展围堰邻近水域鱼类资源的保护工作。科研人员在对围堰及周边环境进行实地考察,仔细了解有关围堰爆破的有关技术问题后的基础上,决定采取声纳探测结合高压电脉冲驱赶的方案,驱赶鱼群离开爆破危险水域,并制订了详细的实施方案。
2006年6月5日上午，在守卫三峡大坝的武警部队的大力支持配合下，用WJ1706和WJ1709两艘动力船装载两套HGL-2型电赶拦鱼机向水下电极供给对鱼类刺激较强但无任何伤害的高压脉冲电驱赶鱼群。
2006年6月6日在三峡大坝围堰即将爆破前，运载两套电赶拦鱼设备的两
艘船只从围堰的两端交叉对赶，将鱼群驱赶至距离围堰500米以外的安全水域。
同样在鱼类的养殖业中，随着渔民的普遍增加，捕鱼器如今也悄然降“身价”，捕鱼器发展成趋势。据了解，越来越多的渔民开始参与捕鱼器业之中，潜力巨大的国内捕鱼器市场正成为我国捕鱼器企业瞄准的重要目标。
过去人们一直以为，捕鱼器业起源于西方，但事实上，《清明上河图》中就真实展现了北宋时期达官贵人的早期捕鱼器生活，后来捕鱼器逐渐演变成为皇室等高端人士私有。但在西方，在基本解决了衣食住行等需求后，人们开始追求健康生活和有品质的生活，捕鱼器便成为人们追求一种生活方式。调查显示，法国捕鱼器拥有者中，私人企业家占 14.4%，退休人员占12.2%，公务员占11.8%，工人占7.9%，技术人员和管理人员占7.3%。在国际上，人均GDP超过4000美元，便成为捕鱼器业发展最快的时期，而目前我国不少省市已具备进入捕鱼器时代的条件。
我国江河湖海水域面积辽阔，具有发展捕鱼器业的良好外部环境。近年来，我国各地民间大力发展捕鱼器业，直接刺激了国内捕鱼器产业的发展，也将电子捕鱼器产业推上了高峰。
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使用类似脉冲的的电子捕鱼器可以减少渔民的捕鱼作业，特别是在隆冬之际可以给渔民带来很多的方便。
电子脉冲捕鱼器这一研究是生物学领域和电子信息学领域交叉的产物，在水利工程和养殖业中充分的发挥了作用，用很好的市场前景。
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1捕鱼器所用元件
主要元件有SG3525、555定时器、NE556、可控硅SCR 40TPS16、无极电容、二极管FR104、电感、电阻、电力场效应晶体管等。
2主要元件介绍
2.1 SG3525
2.1.1 SG3525简介：
SG3525 是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。
2.1.2 SG3525各引脚介绍与作用：
图1 SG3525内部框图
1.Inv.input(引脚1)：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈
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信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。 2.Noninv.input(引脚2)：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。 3.Sync(引脚3)：振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。
4.OSC.Output(引脚4)：振荡器输出端。 5.CT(引脚5)：振荡器定时电容接入端。 6.RT（引脚6）：振荡器定时电阻接入端。
7.Discharge(引脚7)：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构成放电回路。
8.Soft-Start(引脚8)：软启动电容接入端。该端通常接一只5 的软启动电容。 9.Compensation(引脚9)：PWM比较器补偿信号输入端。在该端与引脚2之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。 10.Shutdown(引脚10)：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。
11.Output A（引脚11）：输出端A。引脚11和引脚14是两路互补输出端。 12.Ground(引脚12)：信号地。
13.Vc(引脚13)：输出级偏置电压接入端。
14.Output B（引脚14）：输出端B。引脚14和引脚11是两路互补输出端。 15.Vcc（引脚15）：偏置电源接入端。
16.Vref(引脚16)：基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的基准电压。 特点如下：
（1）工作电压范围宽：8—35V。 （2）5.1（1 1.0%）V微调基准电源。
（3）振荡器工作频率范围宽：100Hz—400KHz. （4）具有振荡器外部同步功能。 （5）死区时间可调。
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（6）内置软启动电路。 （7）具有输入欠电压锁定功能。 （8）具有PWM琐存功能，禁止多脉冲。 （9）逐个脉冲关断。
（10）双路输出（灌电流/拉电流）： mA(峰值)。
2.1.3 SG3525定时器个部分功能：
a 基准电压源: 基准电压源是一个三端稳压电路，其输入电压 VCC 可在（8～35）V 内变化，通常采用+15V，其输出电压 VST＝5.1V，精度
1%，采
用温度补偿，作为芯片内部电路的电源，也可为芯片外围电路提供标准电源，向外输出电流可达400mA，没有过流保护电路。
b 振荡电路：由一个双门限电压均从基准电源取得，其高门限电压VH=3.9V 低门限电压VH=0.9V,内部横流源向CT充电，其端压VC线性上升，构成锯齿波的上升沿，当VC=VH 时比较器动作，充电过程结束，上升时间t1为： t1=0.67RTCT
比较器动作时使放电电路接通，CT放电，VC下降并形成锯齿波的下降沿，当VC=VL时比较器动作，放电过程结束，完成一个工作循环，下降时间间t2为: t2= 1.3RDCT 此时间即为死区时间。
锯齿波的基本周期 T 为:
T= t1+ t2= (0.67RT+1.3RD)CT
RD＜＜RTt2＜＜t1
由上可见锯齿波的上升沿远长于下降沿，因此上升沿作为工作沿，下降沿作为回扫沿。
c 误差放大器：由两级差分放大器构成，其直流开环放大倍数为 80dB 左右，电压反馈信号 uf 从端子 1 接至放大器反相输入端，放大器同相输入端接基准电压。该误差放大器共模输入电压范围是 1. 5V-5. 2V。
d PWM 信号产生及分相电路： 比较器的反相端接误差放大器的输出信号Ue，而振荡器的输出信号Uc则加到比较器的同相输入端，比较器的输出信号为PWM信号，该信号经锁存器锁存，分相电路由二进制计数器和两个或非门构成，
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其输入信号为振荡器的时钟信号，并用时钟信号的前沿触发，输出为频率减半的互补方波，这些方波和 PWM信号输入到或非门逻辑电路。其结果是，所有的输入为负时，输出为正。这样P1、P2的输出每半周期交替为正，其宽度和PWM信号的负脉冲相等。脉冲很窄的时钟信号输入到逻辑或非门电路，可使两个门的输出同时有一段低电平，以产生死区时间。
e 脉冲输出级电路:输出末级采用推挽输出电路，驱动场效应功率管时关断速度更快。11脚和14脚相位相差1800，拉电流和灌电流峰值达200mA。由于存在开闭滞后，使输出和吸收间出现重迭导通。在重迭处有一个电流尖脉冲，起持续时间约为 l00ns。可以在 13 脚处接一个约 0. luf 的电容滤去电压尖峰。
2.1.4 SG3525的工作原理：
SG3525内置了5.1V精密基准电源，微调至 1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内，无须外接分压电组。SG3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在CT引脚和Discharge引脚之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节功能。由于SG3525内部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。 SG3525的软启动接入端（引脚8）上通常接一个5 的软启动电容。电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容接入端相连的PWM比较器反向输入端处于低电平，PWM比较器输出高电平。此时，PWM琐存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。只有软启动电容充电至其上的电压使引脚8处于高电平时，SG3525才开始工作。由于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致PWM比较器输出为正的时间变长，PWM琐存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出电压回落到额定值，实现了稳态。反之亦然。
外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当Shutdown（引脚10）上的信号为高电平时，PWM琐存器将立即动作，禁止SG3525的输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程。注意，Shutdown引脚不能悬空，应通过接地
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电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响SG3525的正常工作。 欠电压锁定功能同样作用于输出级和软启动电路。如果输入电压过低，在SG3525的输出被关断同时，软启动电容将开始放电。
此外，SG3525还具有以下功能，即无论因为什么原因造成PWM脉冲中止，输出都将被中止，直到下一个时钟信号到来，PWM琐存器才被复位。
2.1.5 SG3525工作过程
图2 SG3525各点的工作波形
直流电源从15脚引入分为两路:一路加到或非门；另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生5.1士1%V的内部基准电压。+5.1V再送到内部（或外部）电路的其他元件作为电源。震荡电容一端接至5脚，另一端直接接至地端（其取值范围为0.001uF到0. 1uF），震荡电阻一端接至6脚，另一端直接接至地端。振荡电路分两路输出。输出电压采样电压和参考电压通过误差放大器比较并输出误差电压Vea，Vea通过比较器与锯齿波进行比较输出一个脉宽可变的PWM负脉冲（双稳态触发器或非门电路）。
2.2 NE555
2.2.1 555定时器简介：
555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电
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路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。它工作可靠、使用方便、价格低廉。
2.2.2 各引脚简介与作用：
1 脚为地。
2 脚为触发输入端。
3 脚为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器6 脚和下比较器2 脚的控制。当触发器接受上比较器A1从R脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3脚输出低电平。2脚和6脚是互补的，2脚只对低电平起作用，高电平对它不起作用，即电压小于1UCC/3，此时3脚输出高电平。6脚为阈值端，只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即输入电压大于2UCC/3，称高触发端，3脚输出低电平，但有一个先决条件，即2 脚电位必须大于1UCC/3时才有效。3 脚在高电位接近电源电压UCC，输出电流最大可打200mA。
4 脚是复位端，当4 脚电位小于0.4V 时，不管2、6脚状态如何，输出端3 脚都输出低电平。
5 脚是控制端。
7 脚称放电端，与3脚输出同步，输出电平一致，但7脚并不输出电流，所以3脚称为实高（或低）、7脚称为虚高。
8脚是电源端。
2.2.3 555电路很定时器的结构与工作原理：
555定时器的内部是由两个比较器A和B，基本RS触发器和集成电路开放管TD等电路组成。比较器前有三个5kΩ，故叫555定时器（如下左图所示）。
555定时器外形封装主要有环型8脚和小型双列8脚（如下右图）以及含有单个或者两个电路的14脚封装形式。
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图3 555内部结构图
放电管TD工作在开关状态，受触发器控制，当触发器输出Q=1、Q非=0，放电管TD截止；当触发器输出Q=0、Q非=1时，放电管饱和，可为外接电容提供放电通道。无论比较器输入如何，只要复位端RD非接低电平，则触发器就被强制复位，Q=0，定时器输出状态为0态，所以复位端常悬空或者接高电平。
当阙值电压输入端VCO悬空时，VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。如果VCO外接固定电压，VR1=VCO，VR2=1/2VCO。
555定时器的工作原理表格：
输入 RD 输出 v12 × ＞1/3VCC ＞1/3VCC ＜1/3VCC ＜1/3VCC v0 低 低 保持不变 高 高 TD状态 导通 导通 保持不变 截止 截止 v11 × ＞2/3VCC ＜2/3VCC ＜2/3VCC ＞2/3VCC 0 1 1 1 1
2.2.4 555定时器的应用：
555 的应用多，大体可分为555 单稳、555 双稳、555 无稳（振荡器)三类。 555定时器构成的单稳态触发器：
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图4 555单稳态触发电路图
若以555定时器的TR端作为触发信号的输入端，并将放电端的DISC接至高触发端TH，同时在TR端对地接入电容C，就构成了如上图所示的单稳态触发器。
要分析单稳态触发器的工作原理，首先得找出其稳定状态。如果没有触发信号时v1处于高电平，假定如上图所示的稳定输出状态为高电平，由555定时器的功能得知放电端DISC截止，电源VCC通过R对电容C充电。当充到2/3VCC时，输出v0变为低电平，放电端DISC导通，电容C开始放电。此时，555定时器的触发输入端TR的电压大于v1＞1/3VCC，TH输入端的电压小于2/3VCC，触发器处于保持状态，输入v0仍为低电平。由此可见通电后555定时器构成的单稳态触发器自动停在v0=0的稳定状态，此时电容C没有存储电荷。
当加入触发信号后，即v1从高电平跳变到1/3VCC以下时，555定时器的输出状态有低电平变为高电平，放电端DISC截止，电源VCC通过R对电容C充电。当充电到2/3VCC时，假设此时触发信号已经消失即v1为高电平，则输出v0
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又回到低电平，同时放电端DISC导通，电容C开始放电，直至vC0，电路恢复稳态。
电容C充电的时间常数为RC，而电容C通过555定时器TD管的导通电阻放电，由于管子的导通电阻很小，所以放电时间很短。信号如下
图5 单稳态特性曲线
单稳态的脉冲宽度tw是个非常重要的参数，他等于暂稳态持续时间，而暂稳态的持续时间取决于电阻R和电容C的大小。由上图此可得到
tw=RCln
VCC0=RCln3=1.1RC
VCC2/3VCC单稳态触发的恢复时间tre=（3～5）RONC （其中RON是放电管TD的导通内阻）。
单稳态触发器的分辨时间td=tw+tre。 无稳态：
如下图6所示电路是用555定时器构成的多谐振荡器。定时元件除电容C外，有两个外接电阻R1和R2它们串联在一起，vC同时加到TH端（6端）和TR（2端），R1和R2的连接到放电管TD输出端v’0(7端)。
当接通电源后，电容C来不及充电，vC为低电平，555定时器输出为高电平，放电端DISC截止，电源VCC电容C充电，充电回路为VCC→R1，R2→C→地，
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充电时间常数为（R1+R2）C。随着充电的进行，v0上升，当上升到VT+=2/3VCC时，555定时器输出变为低电平，放电端DISC导通。此时电容C开始放电，放电回路C→R2→TD→地，放电时间常数为R2C。随着放电的进行，vC下降，当下降到VT=1/3VCC时，555定时器输出又为高电平，放电端DISC截止，电容C又开始充电。如此循环往复下去，vC和v0的波形如图2所示。
由图7 中vC的波形球的电容C的充电时间T1和放电时间T2分别为 T1=（R1+R2）Cln
VTTVT=（R1+R2）Cln2
VTTVT T2=R2Cln
0VT=R2Cln2
0VT故电路的振荡周期为
T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2 振荡频率为 f=占空比为 q=
T1R1R2= TR12R211= T(R12R2)Cln2
图6 555无稳态触发电路图
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图7 无稳态特性曲线
2.3 NE556
NE556=NE555×2就是两个双时基集成电路，NE556的内部将两个555时基电路封装在一个芯片内，使其获得较好的一致性。
2.4 可控硅
2.4.1可控硅的简介：
可控硅，是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。该器件被广泛应用于各种电子设备和电子产品中，多用来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。我们选用的可控硅 SCR 40TPS16 支持1600V电压和35A电流。
2.4.2可控硅的特性：
1、静态特性。主要指其伏安特性，当它承受的正向电压达到一定值时（此值叫门槛电压），正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。与正向电流对应的电力二极管两端电压为正向电压降。电力二极管承受反向电压时，只通过数值微小的反向漏电电流。
第一象限为正向特性，分为阻断状态和导通状态；位于第三象限的为反向特性。
当Ig=0时，逐渐升高可控硅的正向阳极电压，此时只有很小的漏电流通过可控硅，当正向阳极电压上升到某一数值（此电压值叫转折电压）时，可控硅从
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断态转为通态，这种情况叫“硬开通”。通态下可控硅的伏安特性和二极管的正向特性相似，即通过较大的电流二极管特性相似，即通过较大的电流而本身压降仅1V左右。门极电流上升，转折电压下降，当门极电流足够大时，转折电压很小，此时可控硅和二极管一样，一旦承受正向电压，管子就导通。
图8 可控硅静态特性图
可控硅在反向电压的作用下，总是处于阻断状态，直到反向电压增加到反向击穿电压时，管子反向击穿，电流急剧增大，导致管子损坏，其反向特性类似于二极管。
2、动态特性
图9 可控硅开通与关断过程的波形
如上图所示，在t=0时，可控硅承受正向电压的前提下，门极流入触发电流Ig，可控硅导通，进入正常工作状态；在t=t1时，可控硅承受电压由正向变为反
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向，使可控硅关断。
在导通的过程中，阳极电流从0开始增长，升到胃泰值的10％时经历的时间，叫延迟时间td，阳极电流从稳态值的10％升到90％所用的时间，叫上升时间tr，两者之和定义为可控硅的开通时间，即：tgt=td+tr。
可控硅关断也不是瞬时完成的，从流过可控硅的正向电流降为0，到反响恢复电流衰减至接近0的时间，为可控硅的反向阻断恢复时间trr。之后，载流子需要复合，可控硅恢复对正向电压阻断能力还需要一段时间，即正向阻断时间tgr，可控硅的关断时间tq=trr+tgr。
2.4.3什么是可控硅的触发：
在可控硅阳极—阴极之间加正向电压，门极也加正向电压，产生足够的门极电流Ig，则可控硅导通，其导通过程叫触发。
图10 可控硅内部图
可控硅是具有三个PN结的器件，可将它等效为两个晶体管V1(P1N1P2)和V2(N1P2N2)，如上图所示。V1、V2管的集电极电流分别为IC1=α1Ia，IC2=α2IK,发射极电流分别为Ie1=Ia，Ie2=IK 。当可控硅承受正向电压，预使可控硅导通，必须使承受反压的J2结失去阻挡作用。由上图可见，每个晶体管的集电极电流同时是另一个晶体管的基极电流，因此，一旦门极流入足够的电流Ig,就会形成强烈的正反馈，即：Ig↑→Ib1↑→Ic2（Ib1）↑→Ic1（Ib2）↑，在短时间内，使两个晶体管饱和导通，可控硅导通。
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2.4.4可控硅触发的条件与要求：
可控硅具有单向导电性和正向导通可控性，可控硅由断态转变为通态应同时具备两个条件：1、可控硅的阳极点位要高于阴极点位，2、在门极和阴极间施加具有一定功率的正向电压，这一电压是由触发电路提供的（即触发电压或触发信号）。
由于可控硅导通以后，门极上的触发信号就失去控制作用，为了减少门极损耗及触发电路的功率，一般不使用交流或者直流触发信号，而用脉冲形式的触发信号，故可控硅对触发电路的基本要求是：
1、触发电路发出的触发信号应具有足够大的功率，即触发电压和电流必须大于可控硅的门极触发电压UGT、门极触发电流IGT，使门极的工作点在门极伏安特性的可靠触发去内，但瞬时功率和平均功率都不能超过门极瞬时极限和门极平均率线。
2、不该触发时，触发电路因漏电流产生的漏电压应小于门极不触发电压UGD。
3、由于可控硅的导通需要一定的时间，不是一触就痛，只有当可控硅的阳极电流即主回路的电流上升到可控硅的擎住电流IL以上时，管子才能导通，所以触发脉冲信号应具有足够的宽度，一般为20～50μs，电感性负载应加入到1ms，相当于50Hz正弦波的18°电角度。
4、触发脉冲前沿要陡，特别是串并联使用的可控硅，都要采用强触发措施。 5、触发脉冲应与主回路同步，且有足够的移相范围。
2.4.5可控硅的主要参数
(1)额定电压。
1)断态重复峰值电压UDRM。指允许重复加在可控硅阳极—阴极间的正向峰值电压，规定它的数值为断态不重复峰值电压UDSM的90％。
2)反向重复峰值电压URRM。指允许重复加在可控硅阳极—阴极间的正向峰值电压，规定其值为反向不重复峰值电压URSM的90％。
3)额定电压UTN。通常取实测的UDRM、URRM中较小值，按国家规定的标准
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电压等级就低取整数，即为可控硅的额定电压。
4)通态平均电压UT。在规定的环境温度和标准散热条件下，可控硅通过正弦半波的额定通态平均电流时，阳极—阴极间电压降的平均值叫通态平均电压。 级别 1 2 3 4 5 6 7 断态正反向重 复峰值电压/V 级别 8 9 10 12 14 16 18 断态正反向重 复峰值电压/V 级别 20 22 24 26 28 30 断态正反向重 复峰值电压/V 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 表1 电压级别参数图
正向通态 平均电压 组别代号 正向通态 平均电压 组别代号 UT 0.4V A 0.4VUT0.5V 0.5VUT0.6V 0.6VUT0.7V 0.7VUT0.8V B C D E 0.8VUT0.9V 0.9VUT1.0V 1.0VUT1.1V F G H 1.1VUT1.2V I 表2 电压组别代号参数图
(2)额定电流
1)通态平均电流IT。可控硅在环境温度40℃和规定的冷却条件下，结温不超过额定结温时，所允许通过的最大工频正弦波( 不小于170°)通态电流在一个周期内的平均值。通过可控硅的额定电流ITN=1.57IT。
2.5 MOS场效应管
2.5.1 MOS场效应管简介
场效应管是只有一种载流子参与导电，用输入电压控制输出电流的半导体器件。有N沟道器件和P沟道器件。有结型场效应三极管JFET(Junction Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET（Metal Oxide
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SemIConductor FET）。
有增强型（Enhancement MOS 或EMOS）和耗尽型(Depletion)MOS或DMOS）两大类，每一类有N沟道和P沟道两种导电类型。场效应管有三个电极：
D(Drain) 称为漏极，相当双极型三极管的集电极； G(Gate) 称为栅极，相当于双极型三极管的基极； S(Source) 称为源极，相当于双极型三极管的发射极。
2.5.2 MOS场效应管工作原理
当VGS=0 V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压，不会在D、S间形成电流。
当栅极加有电压时，若0＜VGS＜VGS(TH)时（VGS(TH)称为开启电压），通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，所以仍然不足以形成漏极电流ID。
进一步增加VGS，当VGS＞VGS(TH)时，由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层（inversion layer）。随着VGS的继续增加，ID将不断增加。
在VGS =0V时ID=0，只有当VGS＞VGS(TH)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。
VGS对漏极电流的控制关系可用ID=f(VGS)|VDS=const这一曲线描述，称为转移特性曲线，见图。
图11 效应管的转移特性曲线
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当VGS＞VGS(TH)，且固定为某一值时，来分析漏源电压VDS对漏极电流ID的影响：
当VDS为0或较小时，相当VGD＞VGD(TH)，沟道呈斜线分布。在紧靠漏极处，沟道达到开启的程度以上，漏源之间有电流通过。
当VDS增加到使VGD= VGD(TH)时，相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断，此时的漏极电流ID基本饱和。
当VDS增加到VGD< VGD(TH)时，预夹断区域加长，伸向S极。VDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，ID基本趋于不变。
当VGS＞VGS(TH)，且固定为某一值时，VDS对ID的影响，即ID=f(VDS)| VGS=const这一关系曲线如下图所示。
图12 漏极输出特性曲线。
3 电路设计
3.1主电路设计
3.1.1整流脉冲放电部分
脉冲放电部分其实质就是将整流储能后的高压直流电,通过电容瞬间向水里放电的过程,电容储能瞬时放电可以提高瞬时功率,达到瞬间最大脉冲功率，以达到最好的电鱼效果.但总功率是不会变的,它将维持能的转换和守恒定律,即输入功率总大于输出功率。实际从电容放出的电，在水里要消耗大部分的功率.作用在鱼体上的功率只占小部分了.整流可采用倍压整流,也可用桥式整流.如果变压器输出电压较低,可以用倍压提高电压.如果变压器输出电压较高则用桥式整流.倍压整流一般次级初级变比20-40倍，桥式变比40-60倍。根据机子功率大小定，
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功率小变比做低点。低频机的整流可用普通二极管,高频机则用快恢复二极管.滤波电容一般用电解电容。100-500W机子用47-150U，500-1000W用150-330U，1000W以上用470U以上。脉冲放电部分,一般的放电器件有继电器，三极管或者场效应管输出等,可控硅等.继电器的最简单,但有噪音,且碰极容易烧坏触点.三极管或者场效应管输出的可靠性最差（容易输出短路），可控硅的最耐用，可控硅瞬间浪涌电流可以达到10倍额定电流。
因此我们选择可控硅的。利用可控硅的导通与关断过程产生正负的脉冲对电容C（10U）充放电。
3.1.2可控硅串联均压：
图13 可控硅的串联
可控硅的额定电压是有一定限度的，当实际电路要求可控硅承受的电压值大于单个可控硅的额定电压时，可以用两个以上的同型号的可控硅串联使用。
主电路图如下：由于电压较大，所以正负脉冲部分的电路采用两个相同的可控硅串联进行了静态均压和动态均压。
正向阻断状态下的均压——静态均压。可控硅外加一定电压，在阻断状态时，总有漏电流通过，同一型号的可控硅漏电流小的在串联时承受的电压大，导致各
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可控硅承受的电压不均。有效的静态均压的办法是在串联的可控硅上并联阻值相等的电阻Rj（均压电阻），Rj值可能按下式计算
Rj（0.1～0.25）
UTN IDR式中UTN——可控硅额定电压，V；
IDR——断态重复平均电流，A；
IDR——近似为漏电流峰值，IDRM。
可控硅在开通与关断过程的均压——动态均压。可控硅在开关过程中，瞬时电压的分配决定于各可控硅的结电容、导通与关断时间、外部触发脉冲等。串联的可控硅在开通时，后导通的可控硅将承受全部正向电压，易造成硬开通；关断时，先关断的可控硅将承受全部反向电压，易造成反向击穿，因此要进行动态均压。
动态均压的办法是在串联的可控硅上并联RC电路和一个电阻Rj，电阻R值一般取10～30，电容C（uF）按下式计算： C=(2～4)IT(AV)103
式中IT(AV)可控硅的额定电流A。
（此电路中我们用的是可控硅型号为SCR 40TPS16 支持1600V电压和35A电流）。
查阅资料可得SCR 40TPS16 的UGT=2.5V、IGT=150mA、UTM=1.85V。所以触发端是一个电阻R10与一个二极管（FR107）串联后再于一个电容（104）、一个二极管（FR107）并联。对电路起到保护作用。
左端为触发电源，采用电感互感产生电压12V～18V，变比去2:1，当此电压接入上电路中可得到VG=2～4V、IG=50～300mA、T脉宽20us
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图14 后级电路图
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3.2前级的设计
3.2.1前级的设计思路
要电到鱼，提高电鱼效果，必须有足够的输出功率和合适的输出电压。功率的大小能够带动水中的负载。
高频机主要由前级驱动，MOS开关管和高频变压器组成。主要优点是体积小，重量轻，功率大。逆变效率高。缺点是电路复杂，故障率较高。解决了通过地电压电路控制高电压电路，同时保护了前级。
3.2.2定时器的设计
首先是利用了NE555的无稳态，当电源导通时，通过NE555的电容C充放电，使得NE555输出口3交替输出高低电平。通过公式
T1=（R1+R2）Cln
VTTVT=（R1+R2）Cln2
VTTVT0VT=R2Cln2
0VT T2=R2Cln电路振荡周期为
T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2 振荡频率为 f=
11= T(R12R2)Cln2R1=2k、R2=R’+R可调110k、C=10uF
可以得到 T1.54s、f6.6Hz。因此我们通过调制使用的频率取0.8Hz～6.6Hz。
将NE555的输出口3接到SG3525的接口10，当SG3525的接口10接收到高电平时，此时SG3525的工作将会停止；当SG3525的接口10接收到低电平时，SG3525正常工作，此时SG3525的接口11和14输出如下图的方波
图15 SG3525输出方波图
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根据公式
t1=0.67RTCT t2= 1.3RDCT
周期 T 为:
T= t1+ t2= (0.67RT+1.3RD)CT
RD＜＜RTt2＜＜t1
RT=R1+R可调，RD=1k，CT=10uF
可以算出T0.0387s，f25.8398Hz，此时我们通过调节使用的频率取20～48Hz。
再将SG3525的11、14输出端分别接到NE556的接口6、7中。此时我们利用的是NE556的单稳态电路，由于NE556是两个相同型号的NE555封装一起而成的。我们可以利用NE555的单稳态公式计算NE556的周期。
公式如下
tw=RCln
VCC0=RCln3=1.1RC
VCC2/3VCCR=8k，C=10Uf，由此可以计算出T0.0748s，f13.369Hz。通过调节频率取10～100Hz。
最后，再把NE556的接口5、10分别接到MOS场效应管1、2上。通过MOS管来控制下一级的触发电路。
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图16 前级电路图
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3.3各个器件所产生的波形图
图17各个器件所产生的波形图
上图分别为NE555的输出波形，SG3525的11、14输出互补的波形，NE556的5、9输出的波形图，MOS场效应管1、2输出的波形，放电电容输出的正负
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脉冲。
由上图可以看出NE555通过控制SG3525的工作，从而控制了脉冲群的频率，而SG3525则通过控制NE56，从而控制这脉冲群中每一个脉冲的频率。
4 结论
毕业设计是本专业教学中最后一个重要的实践性教学环节，是我们从学校走向工作岗位必要的过渡阶段。对我个人而言，毕业设计是我大学四年学习的总结与检验，是大学四年所学知识的综合运用的体现。此次毕业设计巩固了我所学理论，增强了理论联系实际的能力，更是为以后的工作打下了更坚实的基础。
此次设计的主要内容是设计高电压双脉冲的放电电路，以往的捕鱼和驱赶鱼的设备基本上都是运用单极性脉冲发生器，这样工作效率大打折扣。我们对捕鱼器做了改进设计使用双极性脉冲发生器。双极性脉冲发生器使捕鱼器提高了效率，方便了使用。做到了在环保的的前提下，科学的捕鱼，合理的驱赶鱼群已近成为水利工程部门与渔业养殖的一个新思路。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对毕业设计时发现自己的想法基本是错误的。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识太理论化了，面对单独的课题的是感觉很茫然。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
总的来说，我在大学这四年学到了很多知识，但都是理论，并没有与实际接轨。毕业设计给我提供了一个重要的平台，将所学的理论知识与实际相结合了起来，让我受益非浅。在以后的学习和工作中，我会将此次毕业设计的体会和收获更好的应用并加以充实。
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致谢
万分感谢我们敬爱的王老师，感谢他在百忙之中抽出时间对我们的毕业设计进行分析指导，帮助我解决毕业设计过程遇到的问题。感谢他为我们提供了实验的材料与设备，使得我们能够顺利的完成毕业设计。王老师幽默的指导方式和务实的工作态度让我们受益匪浅。
感谢水质陪伴我的同学们。四年来，是同学让我的大学生活变得更加丰富多彩，我们一起经历一起走过，愿同窗友谊地久天长。
对您们真诚地道一声：“谢谢” ！
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参考文献
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毕业设计（论文）成绩评价意见
论文题目 指导教师评语： 评定成绩： 签名： 年 月 日 评阅人评语： 评定成绩： 签名： 年 月 日 答辩小组评语： 答辩小组成员签名： 答辩成绩： 组长签名： 年 月 日 答辩委员会意见（同意给优、良、中、及格等次） 总成绩（综合）： 签名： 年 月 日 注：设计（论文）总成绩=指导教师评定成绩（30%）＋评阅人评定成绩（30%）＋答辩成绩（40%） 评定成绩过程给分均按百分制分数给分，最终给定成绩再按五分制换算后给出。
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姓 名 论文题目 毕业设计（论文）答辩提问记录表
学号 年级专业 答辩提问记录： 答辩小组签名： 年 月 日 说明：提出和回答问题都要有详细记录，提出问题数量一般在三个以上。
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