脉冲功率诊断
四象限脉冲整流器IGBT开路故障检测
四象限脉冲整流器IGBT开路故障检测韩红彬;丁丽娜【摘要】四象限脉冲整流器广泛应用于电力牵引传动系统.IGBT是脉冲整流器的核心器件,易发生故障,对其开路故障检测进行了研究.首先分析了脉冲整流器IGBT 开路故障下的特征.然后用网侧电流平均值除以电流绝对值的平均值,设为检测变量,对各功率等级、各故障下的检测变量进行分析,总结出设置阈值的方法;最后通过硬件在环仿真验证了检测方法的有效性.%Four-quadrant pulse converters were widely applied in electric traction drive systems.IGBT was the core device of the four-quadrant pulse converter,which was prone to fail.IGBT open-circuit fault detection for fourquadrant pulse converters wasstudied.Firstly,the characteristics of the open-circuit faults were analyzed.Then the average value of the grid current was divided by the average value of the current's absolute value as the detection variable.The detection variable under different power level and each fault was analyzed and the threshold was decided by the detection variable with rated power.Finally,the effectiveness of the detection method was verified by hardwarein-the-loop simulation.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2017(044)008【总页数】4页(P95-98)【关键词】故障检测;IGBT;开路故障;四象限脉冲整流器【作者】韩红彬;丁丽娜【作者单位】中车大连电力牵引研发中心有限公司,辽宁大连116052;大连海洋大学信息工程学院,辽宁大连116023【正文语种】中文【中图分类】TM921.45四象限脉冲整流器能输出稳定的直流电压，且网侧电流正弦度较高，能实现近似单位功率因数，因此被广泛应用于电力牵引传动系统[1-4]。
实用脉冲功率技术引论
实用脉冲功率技术引论引言：脉冲功率技术是一种应用广泛的电子技术，它在各个领域都有着重要的应用。
本文将以实用脉冲功率技术为主题，探讨其原理、应用和未来发展趋势。
通过对脉冲功率技术的深入研究，我们可以更好地理解其重要性和潜力，为未来的科技发展做出贡献。
一、脉冲功率技术的原理脉冲功率技术是通过瞬间高能量的电磁脉冲信号传输来实现的。
其原理是利用电子元件的开关特性，通过电路的设计和控制，使电流在非常短的时间内达到高峰值，从而产生高功率的脉冲信号。
这种技术在能量传输、电磁干扰抑制等方面有着独特的应用优势。
二、脉冲功率技术的应用1. 能源领域：脉冲功率技术可以提高电能传输的效率，减少能量损耗。
在电力系统的输电线路和变压器中应用脉冲功率技术，可以提高能源利用率，降低能源成本。
2. 通信领域：脉冲功率技术可以扩大通信信号的传输距离和传输速度。
在无线通信和光纤通信中，脉冲功率技术可以提高信号的传输质量和稳定性，提高通信系统的性能。
3. 医疗领域：脉冲功率技术在医疗设备中有着广泛的应用。
例如，超声医学中的脉冲声波技术可以实现对人体内部的高分辨率成像，帮助医生准确诊断疾病。
4. 军事领域：脉冲功率技术在军事装备中具有重要的作用。
例如，雷达技术中的脉冲信号可以实现目标的探测和跟踪，提高军事作战的效果。
三、脉冲功率技术的未来发展趋势1. 高效能量传输：随着能源需求的增加，脉冲功率技术将在能源传输领域发挥更大的作用。
通过进一步提高能量传输效率和减少能量损耗，可以实现更可持续的能源开发和利用。
2. 高速通信：随着通信技术的发展，人们对通信速度的需求也越来越高。
脉冲功率技术将在高速通信领域发挥重要作用，实现更快速、稳定的数据传输。
3. 医疗影像技术：随着医疗技术的不断进步，脉冲功率技术在医疗影像领域的应用也将得到进一步发展。
通过脉冲功率技术实现更高分辨率、更精确的医疗影像，将有助于提高疾病的早期诊断和治疗效果。
结语：实用脉冲功率技术在各个领域都有着广泛的应用，其原理和应用价值已经得到了广泛认可。
脉冲电流的作用
脉冲电流的作用
脉冲电流在科学技术和生活中有着广泛的应用。
以下是一些常见的脉冲电流的作用：
1. 电子学器件的触发和控制：脉冲电流可以用来触发和控制各种电子元件，如继电器、晶体管、场效应管等。
通过脉冲电流的控制，可以实现电子设备的精确、快速的操作。
2. 电磁脉冲对抗：电磁脉冲（EMP）是一种高能量的脉冲电流，可用于对抗敌对势力或恶意入侵。
EMP可以干扰敌方电子设备，造成通信系统、雷达系统、导航系统等的失效，从而削弱敌方的战斗力。
3. 医学诊断和治疗：脉冲电流在医学领域中有广泛的应用。
例如，心脏起搏器使用脉冲电流来维持心脏的正常节律；电休克器使用脉冲电流来治疗心脏骤停；电针疗法使用脉冲电流来治疗各种疾病。
4. 脉冲功率激光器：脉冲功率激光器是一种高能量的激光器，能够产生极短脉冲的激光。
它被广泛应用于材料加工、医学美容和科学研究等领域，如激光切割、激光焊接、激光去除纹身等。
5. 超声波成像：超声波成像是一种利用脉冲电流产生超声波，然后通过接收和处理反射回来的声波信号来生成图像的技术。
它被广泛用于医学检查、工业检测和地质勘探等领域。
总的来说，脉冲电流在科学技术和生活中发挥着重要的作用，涉及到电子设备的触发和控制、电磁脉冲对抗、医学诊断和治疗、激光器和超声波成像等多个领域。
脉冲和激光
脉冲和激光引言：脉冲和激光是现代科学技术中的两个重要概念。
脉冲是指在一段时间内快速、间断地发生的能量传递现象，而激光则是一种特殊的光源，具有高度的单色性、方向性和高亮度。
本文将分别介绍脉冲和激光的定义、特性以及应用领域，并探讨两者之间的联系。
一、脉冲1. 定义脉冲是指在一段时间内快速、间断地发生的能量传递现象。
它可以是物理量的突然变化，也可以是一次性的脉冲信号。
2. 特性脉冲具有以下特性：(1) 能量集中：脉冲的能量在短时间内集中传递，能够产生较高的功率密度。
(2) 时间短暂：脉冲的持续时间很短，通常在纳秒至毫秒级别。
(3) 高峰值功率：脉冲的峰值功率比平均功率高很多。
3. 应用领域脉冲在许多领域中都有广泛的应用，如雷达、激光、通信、医学等。
在雷达中，脉冲被用于探测目标的距离和速度；在激光中，脉冲被用于产生高能量的光束；在通信中，脉冲被用于传输信息；在医学中，脉冲被用于治疗、诊断等。
二、激光1. 定义激光是一种特殊的光源，具有高度的单色性、方向性和高亮度。
它是通过激发原子或分子的能级跃迁产生的，具有狭窄的频谱宽度和高度的相干性。
2. 特性激光具有以下特性：(1) 单色性：激光的频率非常单一，具有极高的色纯度。
(2) 方向性：激光具有很强的方向性，能够形成狭窄的光束。
(3) 高亮度：激光的亮度非常高，光束能够聚焦成极小的点。
3. 应用领域激光在许多领域中都有广泛的应用，如激光切割、激光打印、激光医疗、激光通信等。
在激光切割中，激光被用于切割各种材料；在激光打印中，激光被用于打印高质量的图像；在激光医疗中，激光被用于手术、治疗等；在激光通信中，激光被用于传输信息。
三、脉冲与激光的联系脉冲和激光在某些方面具有联系：1. 脉冲激光：脉冲激光是指脉冲信号产生的激光。
它既具有脉冲的特性，又具有激光的特性，能够产生高能量的、短暂的光脉冲。
2. 激光脉冲：激光脉冲是指激光的脉冲信号。
它既具有激光的特性，又具有脉冲的特性，能够在短时间内产生高能量的光脉冲。
脉冲宽度调制型功率放大器的原理
脉冲宽度调制型功率放大器（PWM Power Amplifier）是一种应用广泛的功率放大器，在许多领域都有着重要的作用。
它通过调节信号的脉冲宽度，来控制输出信号的功率。
在这篇文章中，我们将深入探讨脉冲宽度调制型功率放大器的原理，以及其在各个领域的应用。
1. 脉冲宽度调制型功率放大器的基本原理脉冲宽度调制型功率放大器是一种非线性功率放大器，其基本原理是通过控制输入信号的脉冲宽度，来控制输出信号的功率。
在PWM功率放大器中，输入信号通常是一个脉冲信号，其脉冲宽度的变化会直接影响输出信号的功率。
2. PWM功率放大器的工作过程在PWM功率放大器中，输入信号的脉冲宽度是通过开关管或其他调制器件来控制的。
当输入信号的脉冲宽度增大时，开关管的通态时间增加，输出信号的功率也随之增大。
反之，当输入信号的脉冲宽度减小时，输出信号的功率也减小。
通过控制脉冲宽度，可以灵活地调节输出信号的功率。
3. PWM功率放大器的优点和应用PWM功率放大器具有功率利用率高、输出波形质量好、成本低廉等优点，因此在工业控制、通信系统、音频放大器等领域都有着广泛的应用。
在工业控制中，PWM功率放大器常常用于驱动电机、控制照明等；在通信系统中，PWM功率放大器则常用于调制信号的功率放大；在音频放大器中，PWM功率放大器可以提供高保真度的音频输出。
4. 个人观点和结论在我看来，脉冲宽度调制型功率放大器作为一种非常重要的功率放大器类型，在现代技术应用中具有着不可替代的地位。
它不仅在工业控制、通信系统、音频放大器等领域发挥着重要作用，同时也通过其高功率利用率、优质的输出波形等特点，为现代技术的发展提供了强大的支持。
总结而言，脉冲宽度调制型功率放大器的原理是通过调节输入信号的脉冲宽度来控制输出信号的功率。
它在各个领域都有着广泛的应用，且具有诸多优点。
相信随着技术的不断进步，脉冲宽度调制型功率放大器将会在更多的领域发挥作用，为人类社会的进步做出更多的贡献。
加速器中的脉冲功率技术课程ppt(第2章)
参考：OrCADPSpiceAD9_21简明教程
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2.1 概述
第二章 脉冲功功率，积累起来得到一定的能量，然后将其以高得多的 功率释放到负载上。
3~4学时
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参考书目
Peter D. Pearce: Application of pulsed power technology in accelerators and industry, not published, 2006 S T Pai, Qi Zhang: Introduction to high power pulse technology, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 1995 曾正中：《实用脉冲功率技术引论》，陕西科学技术出版社，2003 刘锡三：《高功率脉冲技术》，2005 韩旻：《脉冲功率技术基础》，清华大学电气工程与应用电子技术系，2002
tr I max
— 上升时间 — 峰值电流
现代大型脉冲功率装置的 K pr 已达到1018~1020 W/s ！
世界最大的发电站：
K pr Pmax tr Pmax T /4 4 f Pmax 4 50(Hz) 10 (W) 2 10
10 12
W/s
远低于脉冲功率装置所能达到的功率增长率。 TW级的束流功率并不能够使用传统的加速器得到 ！
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金属丝电爆炸机理及特性研究
高压电场中金属丝段的电爆现象论文发表时间:2010—04—02 15：13：10 来源：91发表网作者：未知点击： 14次关键词：电爆；超细粉；丝段；等离子弧;气体放电;电极间距0 引言线爆是制备纳米材料的一种新型方法，具有能量转换率高，制备的金属超细粉粒度分布均匀、纯度高，无污染，且通过改变金属丝电爆的参数容易控制粉末的粒度大小[1-4].要实现高效率的线爆制粉，必须要有相应的设备来保证。
连续电爆制粉的现有设备大多采用了夹丝式的结构［3-8],将金属丝自动夹持在电极上,然后施加高电压实现爆炸.但是这种方法存在了电极烧蚀现象，且金属丝与电极接触的部分不能够电爆残留在电极上,影响后续金属丝的顺利进给和夹紧[8-11］。
另外,线爆制粉工艺的过程参数对粉末粒度，形态有重要的影响，对其相关性已经做了大量的研究[8,9,12]。
为了满足不同种类超细粉末的要求，试验得到了许多过程参数的匹配关系，由于这些试验都实在各自的实验设备上完成的,其结果存在一定的差异[1,4，5,11,13-15］.针对现有电爆制粉设备存在的问题，本文研制出一台丝段式电爆设备.金属丝无需夹持在电极之间,靠重力作用竖直落入高压电场进行电爆。
与夹丝式电爆方式相比,这种方法可以避免电极烧蚀，同时,便于高电场对金属丝均匀释放电能。
通过电爆试验,观察和研究电爆过程现象,分析金属丝长度、电压和电极间距与电爆过程现象之间的相关性1 丝段式电爆方法丝段式电爆制粉装置见图1，主要由送丝及其剪丝装置，爆炸室,高压充电电路系统和控制电路及辅助系统等组成。
单相交流电通过高压变压器T升压,再经过高压硅堆D整流,向储能电容器C充电，在上下电极建立一个高压电场,测量电路对其电压值进行测量;金属丝通过校丝及其剪丝装置后得到一定长度的丝段,通过导丝管落入电极之间而发生电爆。
利用同轴导电装置将储能电容器和上下电极连接起来,使得高压线路长度减少,降低了放电回路的电感.下电极和同轴导电装置的正极连接,其高度可调以适应不同的电极间距。
中国工程物理研究院研究生院-应用电子学研究所 -研究方向简介-910
许州*研究员、黎明 研究员、杨兴繁 研究员、李正红 研究员
研究先进的新型强流电子束产生和加速技术，开展强流电子束二极管理物理、新型强流束加速腔设计技术方面的研究工作。
射线辐射成像技术及应用
许州 研究员、陈浩 副研究员
探索先进的加速原理、研究加速器物理设计、研究加速结构的设计技术。研究先进的加速器物理概念、系统理论和基本物理规律；研究高亮度电子源技术、超导加速器的关键单元技术和系统实验技术；研究能量回收加速器的原理与技术；研究先进的带电粒子束流高精度诊断技术等。
金晓*研究员、孟凡宝*研究员、陈洪斌 研究员
基于电真空器件的太赫兹产生、传输、发射和测量技术。
复杂电磁环境技术
孟凡宝*研究员、马弘舸 研究员
复杂电磁环境基础理论与数值模拟、构建与测试、效应实验评估与对抗等技术。
光学工程
080300
高能激光系统技术与应用
杜刘军 研究员
高能激光系统先进概念和系统理论；高能激光系统总体技术、先进的关键单元技术和系统实验技术，高能激光的传输及气动光学技术；激光束时间、空间分布参数诊断技术以及光学系统参数超高精度诊断与光学检测新技术。
光束控制与目标探测技术
张卫*研究员、叶一东*研究员、万敏 研究员、向汝建 研究员
光束控制和目标探测两个方面。研究光束控制和自适应光学的现代光学前沿技术；研究主动和被动高分辨率目标探测、识别技术。
重复频率高功率脉冲功率源技术，强流相对论电子束产生与传输技术，高功率微波（毫米波）的产生、传输、发射、测量、真空及高功率微波应用技术。
高功率微波与物质的互作用
金晓*研究员、范植开*研究员、孟凡宝 研究员、马弘舸 研究员、闫二艳 副研究员
高功率微波与物质相互作用的机理、评估方法、仿真技术和实验技术。
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1、电阻分压器（续12）
低压臂与测量电路（续1）
一个纯电阻分压器的例子（忽略各种寄生参 数）。如果在示波器端使R0与传输线特征阻 抗相同，则示波器端无波反射，低压臂的有 效电阻为R2//R0，分压比增加
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1、电阻分压器（续3）
寄生电容的影响
分压器对地电容的存在，是误差的主要原因 ，电容的分流使得流过高压臂和低压臂的电 流不等
寄生电感的影响
使回路中的电流不能突变，只能按指数规律 上升，故低压臂输出电压也是按指数规律上 升的
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1、电阻分压器（续4）
平衡的分压器
图中的分压器特地增加了Cs和Ls以补偿分布 电容和串联分布电感对信号的畸变
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1、电阻分压器（续5）
方波响应
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1、电阻分压器（续10）
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1、电阻分压器（续11）
低压臂与测量电路
实际上分压器低压臂既非高阻抗的一段，也 不是理想的电阻（或电容），也有寄生参数 ，它的影响和高压臂的影响一样重要 对低压臂的要求主要有：与测量电缆的阻抗 匹配，减小分布电感（因为其阻抗小，故对 电感要求更高），良好屏蔽等
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1、电阻分压器（续7）
设计电阻分压器
选择电阻要求自感小，具有较高的功率容量 根据上升时间的要求，确定合适的阻值（因 为分布电容难减小，故要减小电阻） tr = 0.23CgR 同轴结构即可以减小电感，又有屏蔽的效果
上图为末端匹配，R＝Z0，末端无反射 如果R在传输线前端，则为首端匹配 下图为首末两端匹配。C1＋C2＝Cc＋C3， R＝Z0。分压比V1/V2=2（C1+C2）/C1
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3、阻容分压器
电阻与电容并联
这种组合方式在低频时作为一个电阻分压器 ；在高频时作为一个电容分压器 在低频和高频时，可能使用不同的分压比
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一、概述（续）基本特征来自一般的仪表受绝缘和功率容量的限制，不能 直接测量高电压、大电流信号，而必须和能 够耐高压和大电流的转换装置配合起来使用 测量高压和强流的装置，体积一般都比较大， 容易受到电磁场的影响，并且脉冲功率电路 也经常产生各种不利于测量的电磁场，故此 防干扰措施是必须的
1、电阻分压器（续13）
低压臂与测量电路（续2）
也可以用串联匹配电阻Rm加在低压臂一端， 使得Rm＋R2＝Z0，这样在分压器一端与电缆 是匹配的
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1、电阻分压器（续14）
低压臂与测量电路（续3）
如果匹配不好，则要在电缆的两端形成反射 ，以上页图为例，电缆阻抗100，低压臂电 阻50，示波器端可视作开路，可以得到如下 图所示的输出
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一、概述（续）
基本特征
测量瞬态信号时，要求转换装置具有良好的 脉冲响应 当波长与导体实际尺寸接近时(高频情况)， 导体两端的电压并无太大意义。故此要根据 实际情况来解释所得到的结果 课堂上只给出各种诊断方法的原理和应用思 路，不讲具体计算和推导过程
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1、电阻分压器（续15）
分压器的标定
分压比的测量
• 根据实测电压的比值 • 根据高、低压臂的阻抗
方波响应
• 当分压器的输入是一个方波，由于电容、电感的影 响，分压器的输出是一个类似指数曲线上升的波形 ，波形的前沿越陡就越接近方波，说明分压器的性 能越好，误差越小
2、电流互感器（续3）
Rogovsky线圈的测量电路
自积分法（电流变压器）：在线圈的出口接 一小电阻，流过此电阻的压降和i1成正比。 该方法应使线圈电感大，电阻小，且电流变 化越快结果越真实
u m i2 R u2 M d i1 dt i2 R L R L d i2 dt
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二、脉冲电压测量
在脉冲电压的测量中，分压器是应用的 最多的测量手段，有些情况与稳态电压 的测量相同，但也有新的特点，如高频 下需要考虑测量电路中各元件的配合出 现的振荡或畸变
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2、电容分压器
基本特点
纯电容分压器的分压比与频率无关 它是测量快速脉冲的理想分压器 用来测量比电阻分压器所能测的电压更高的 电压 高压臂的电容较小，其绝缘强度应能承受全 部被测电压
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Rogovsky线圈的工作原理（续）
对于下图的情形，可以估算出互感系数M
2 rB i , B S u2 n d dt n
S d i1
2 r d t
M n S / 2 r
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1、分流器
基本特点
电流流过无感电阻时产生电压降，由电压可 以得到电流 优点是电路简单，缺点是有脉冲电流流过时 ，易造成干扰
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1、分流器（续1）
2、电容分压器（续1）
等效电路
Cp Cs Cp
Vs Vo
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2、电容分压器（续2）
电容分压器的测量方法
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2、电容分压器（续3）
电容分压器的测量方法（续）
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3、阻容分压器（续1）
电阻与电容串联
存在相当大的寄生电感 高阻尼电容分压器 低阻尼电容分压器
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三、脉冲电流测量
1、分流器 2、电流互感器 3、霍尔发生器
二、脉冲电压测量（续）
分压器的类型
1、电阻分压器 2、电容分压器 3、阻容分压器
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1、电阻分压器
基本特点
结构简单，由高阻金属丝或液体电阻组成 是高阻抗和低压仪表配合使用的基本方式 高阻抗承受高压作用，尺寸较大，易受各种 因素的影响
测量电路
为不影响试验回路，分流器电阻Rf应该比试 验回路的电阻小得多，图中电路采用在示波 器边匹配，如果仅是电阻的作用，则ab间电 压波形与回路电流波形相同
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1、分流器（续2）
测量误差的主要来源
分布电感，存在电感时间常数，并使得测出 的波形在真实峰值之前凸起，峰值之后下凹
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1、电阻分压器（续8）
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1、电阻分压器（续9）
举例：水电阻分压器
图中的水电阻分压器由于只使用了一个电阻 ，低压臂从中间引出，由于水的介电常数较 高，这可以保证电场在电阻内非常接近于与 柱平行，于是分布电容也恰好满足与电阻相 同的分压比，不会对信号波形造成较大的畸 变
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2、电流互感器（续1）
Rogovsky线圈的工作原理
测量线圈的感应电势u2，M为互感系数，测量 的是电流的微分，需要积分器
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2、电流互感器（续2）
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脉冲功率诊断
一、概述 二、脉冲电压测量 三、脉冲电流测量 四、光电诊断方法 五、其它参量测量
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一、概述
脉冲电压和脉冲电流的诊断（测量） 是脉冲功率电路中最基本的操作，通 过测量可以较深入地了解回路的具体 工作过程和参数。从而建造所需要的 脉冲功率系统。除脉冲电压、脉冲电 流的诊断外，基本L、R、C元件的测量 也要采取特殊的处理，这就是要在器 件的工作频率内测量LRC等参数，并考 虑分布参数的影响