ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР ТОКА Советский патент 1972 года по МПК H03K3/53 

Известны устройства для импульсного умножения напряжения, например спиральные генераторы.

Спиральный генератор состоит из двух проводящих и двух изолирующих лент, которые наложены друг на друга поочередно и смотаны по типу цилиндрического конденсатора в рулон. После такой операции конденсатор можно рассматривать состоящим из двух линий. Если зарядить такой конденсатор от источника постоянного напряжения и в одной из линий установить коммутатор, например в начале, в середине или в конце линии, то после срабатывания коммутатора можно переходным образом осуществлять инверсию напряжения в этой линии. В результате электрические векторы, направленные в статике встречно (заряд), становятся направленными в динамике согласно (разряд). Выходное напряжение такого генератора, снимаемое между концами одной из проводящих лент, имеет вид затухающей оинусоиды. Максимальная амплитуда выходного напряжения теоретически составляет 2nV,

где п-число витков конденсатора, U- амплитуда зарядного напряжения. Практически за счет различного рода потерь выходное напряжение несколько ниже и составляет 2nt/p,

В спиральных генераторах легко получить Р 0,5 и даже р 0,9.

Недостатком спирального генератора является сильная зависимость от числа витков выходной емкости, связанной со входной следующим соотнощением:

/ вх

(2«)2

где Свых - выходная емкость генератора, Свх - в.аддная емкость генератора, п-число витков генератора.

При сильно.м ограничении потребляемой генератором мощности (например, при питании генератора от бортовой сети летательных аппаратов) стремление получить на выходе генератора максимально возможное напряжение путем увеличения числа витков ограничивается пределом выходной емкости генератора, которая должна быть хотя бы на порядок больще величины емкости нагрузки. С другой стороны коэффициент умножения напряжения р увеличивается с увеличением ширины лент, однако это приводит к нежелательному увеличению потребления энергии.

Цель изобретения - увеличить амплитуду выходного напряжения спирального генератора без увеличения ширины проводящих лент.

йомощью лент из материала с высокой магнитной проницаемостью, покрытых проводящим материалом с малым удельным сопротивлением.

На фиг. 1 изображеп предлагаемый генератор (изолирующие леиты не показаны); на фиг. 2 - схема замещения генератора после срабатывания коммутатора.

Импульсный генератор тока содержит коммутатор 1, ленты 2 из магнитного материала, покрытые проводящим слоем с малым удельным сопротивлением и нагрузку 5.

На фиг. 2 введены следующие обозначения:

С -выходная емкость генератора, L - индуктивность проводящих лент, Z - сопротивление нагрузки.

В качестве коммутатора могут использоваться, например, искровые раЗ|рядники. Проводящие ленты представляют собой ленты из материала с высокой магнитной проницаемостью, например из трансформаторной стали типа ХВП, покрытой сверху проводящим покрытием, например тонким слоем меди.

Генератор работает следующим образом. В статическом состоянии генератор заряжен до напряжения источника питания. После срабатывания коммутатора, расположенного в начале или в конце линии, смотанной в рулон, от коротко замкнутого конца линии начинает распространяться волна напряжения с крутым фронтом и с противоположным знаком по отнощению к зарядному напряжению. После прихода волны к концу линии возникает отраженная волна напряжения после отражения с тем же знаком от разомкнутого конца линии, как от холостого хода. В свою очередь отраженная волна, достигая короткозамкнутого конца активной линии, меняет свой знак на противоположный и снова распространяется к разомкнутому концу линии и т. д. Поскольку электрические векторы, которые направлены при зарядке генератора встречно, становятся направленными согласно. Генератор можно рассматривать в этот момент как ряд коаксиальных емкостей, соединенных последовательно и заряженных до напряжения U. Таким образом, амплитуда импульса напряжения на выходе генератора возрастает до 2Un за время 2тА,

где ГА - время .пробега волны от начала линии до ее конца. Помещая коммутатор в середине линии, можно время подъема напряжения до максимума уменьщить вдвое.

Рассмотрим теперь роль магнитных лент в работе спирального генератора. Поскольку электрические изменения, происходящие в линии после срабатывания коммутатора, соответствуют высокой частоте (вследствие крутого фронта импульса, распространяющегося в

линии), то магнитные поля, наводящиеся от токов, протекающих в проводящих лентах, вследствие скин-эффекта проникают в ленту неглубоко (несколько микрон) и, таким образом, магнитная лента на переходный процесс в линии не оказывает влияния. Наряду с нарастанием напряжения на каждом коаксиальном витке происходит выравнивание напряжения между областями с разными потенциалами. Это выравнивание напряжения облегчается благодаря тому, что весь генератор как бы пронизан парой проводников, соединяющих области с разными потенциалами. Упрощенно схема замещения генератора

после срабатывания коммутатора может быть представлена в виде параллельного соединения емкости, индуктивности и нагрузки (фиг. 2). Для увеличения индуктивности L и служат магнитные ленты, покрытые проводящим слоем. Вследствие того, что собственная частота колебаний в контуре LC сравнительно невысока, магнитные ленты за счет самоиндукции препятствуют нарастанию тока в проводящих слоях, уменьшая тем самым

разряд выходной емкости через проводящие ленты.

Введение магнитных лент позволяет увеличить амплитуду выходного напряжения спирального генератора, примерно на ЗО-г-35%.

Особенно эффективньпм оказалось сочетание магнитных лент с ферритовыми сердечниками, в то время как введение в генератор одних лишь только ферритовых сердечников является менее эффективным при данной щирине

лент.

Для дополнительного увеличения амплитуды выходного напряжения генератора можно рекомендовать использование для магнитных лент материалов с высокой магнитной проницаемостью и уменьшение ширины лент в направлении от одного конца до другого.

Предмет изобретения

Импульсный генератор тока, образованный двумя электрически проводящими и двумя электрически изолирующими лентами, которые, будучи наложены друг на друга, свернуты по типу цилиндрического конденсатора, и

имеющий коммутатор, установленный, например, в начале, в середине или в конце линии, отличающийся тем, что, с целью увеличения амплитуды выходного импульса напряжения генератора, электрические проводящие ленты

выполнены из материала с высокой магнитной проницаемостью, например из трансформаторной стали типа ХВП, и покрыты тонким слоем проводящего Л1атериала с малым удельным сопротивлением, например медью.

Разряд