Генератор прямоугольных импульсов напряжения Советский патент 1979 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсной технике и может найти широкое применение в ускорительной технике, лазерной технике, в технике искровых и стримерных камер и других областях техники.

Известен генератор прямоугольных импульсов с разомкнутой однородной линией, в котором линия замкнута через коммутатор на нагрузку на другом конце 1. При равенстве сопротивления нагрузки волновому сопротивлению линии на нагрузке формируется импульс прямоугольной формы без последующих колебаний.

Однако Б этом генераторе амплитуда импульса напряжения равна только половине амплитуды источника зарядного напряжени-я.

Наиболее близок к предлагаемому изобретению генератор прямоугольных импульсов, содержащий искусственную формирующую линию, образованную индуктивностями и накопительными элементами, питаемыми от зарядного источника и выполненными по схеме Аркадьева-Маркса, и выходной разрядник, присоединенный через нагрузку к одному из концов линии 2. Амплитуда импульса напряжения этого генератора моЛет значительно превышать амплитуду источника зарядного напряжения.

Недостатком такого генератора является наличие в разрядной цепи каждого накопительного элемента множества последовательно соединенных разрядников, сопротивление и индуктивность искры которых существенно ограничивают ток каждого накопительного элемента при их разряде на нагрузку, что уменьшает выходную мощность в импульсе.

Цель изобретения - увеличение выходной мощности генератора.

Это достигается тем, что в известном генераторе прямоугольных импульсов напряжения, содержащем источник питания, искусственную формирующую линию, один из концов которой соединен через коммутатор с нагрузкой, образованную катушками индуктивности и накопительными элементами, конденсаторы которых соединены последовательно, а коммутаторы и дополнительные конденсаторы - по схеме Аркадьева-Маркса, коммутаторы одной из ступеней каждого накопительного элемента соединены между собой через дополнительные конденсаторы, параллельно каждому второму конденсатору накопительного элемента подключены последовательно соединенные катушка индуктивности и коммутатор. После зарядки накопительных элементов и срабатывания коммутаторов происходит перезарядка каждого второго конденсатора накопительного элемента и напряжение всех конденсаторов в каждом накопительном элементе суммируется. Отсутствие разрядников в цепи последовательного ряда конденсаторов накопительных элементов позволяет получить на нагрузке больший ток, чем в известном генераторе. На чертеже дана принципиальная электрическая схема генератора прямоугольных импульсов напряжения. Искусственная линия генератора образована индуктивностями 1 и накопительными эле.ментами, состоящими из ряда последовательно соединенных силовых конденсаторов 2 (на чертеже для простоты показано только три накопительных элемента по четыре конденсатора в каждом). Параллельно каждому второму конденсатору 2 через катушку 3 индуктивности включены коммутаторы 4 и 5, например искровые разрядники, причем коммутатор 5 выполнен управляемым. Коммутаторы 4 каждого накопительного элемента соединены между собой в последовательный ряд через дополнительные конденсаторы 6 по схеме Аркадьева-Маркса. Кроме того, коммутаторы 4 и 5 первой ступени каждого накопительного элемента соединены между собой также в последовательный ряд через дополнительные конденсаторы 7 по схеме Аркадьева-Маркса. Все конденсаторы заряжаются от источника 8 питания через разделительные импедансы 9 (резисторы, катушки индуктивноети). К одному из концов линии через выходной коммутатор (разрядник) 10 подключена нагрузка 11. Генератор работает следующим образом. В исходном состоянии все конденсаторы заряжены до напряжения источника 8 питания, например, так, как это показано на схеме. При этом между противоположными концами ряда последовательно соединенных силовых конденсаторов каждого накопительного элемента выходное напряжение равно нулю. После срабатывания управляемого коммутатора 5 на коммутаторе 4 второй ступени первого накопительного элемента и коммутаторе 4 первой ступени второго накопительного элемента появляется двойное перенапряжение, что приводит к их пробою. В дальнейшем пробой коммутатора первой ступени предыдущего накопительного элемента приводит к пробою следующего коммутатора этого же накопительного элемента и коммутатора первой ступени последующеГО накопительного элемента и т.д. Эти процессы развиваются лавинообразно до пробоя всех коммутаторов. Время срабатывания всех коммутаторов определяется параметрами генераторов Аркадьева-Маркса, включающих как коммутаторы каждого накопительного элемента, так и коммутаторы первых ступеней всех накопите ьных элементов. При определенных условиях (малая емкость дополнительных конденсаторов, малая индуктивность разрядных цепей генераторов Аркадьева-Маркса, наличие коммутаторов, например,, первых ступеней накопительных элементов под давлением в газе) это время может составлять величину порядка единиц или нескольких десятков ланосекунд. В связи с этим, запуск всех коммутаторов можно считать достаточно синхроньл.ум. Для уменьшения вре.мени срабат 11в.чния гк;ех коммутаторов .можно рекомендовать также включение управляемого коммутатора 5 в качестве коммутатора первой ступени одного из средних накопительных элемигтов. loiда, после пробоя управляемого кслмутатор-, лавинообразный процесс срабатывания лоследующих коммутаторов первых ступеней будет развиваться в обе стороны и время срабатывания коммутаторов первых ступеней можно уменьшить вдвое. После срабатывания всех коммутаторов начинается колебательный процесс перезарядки каждого второго силового конденсатора 2 последовательного ряда каждого накопительного элемента через катушки 3 индуктивности. Другие конденсаторы этого ряда остаются в исходном состоянии. Поэтому, с началом перезарядки, между противоположными концами послелговательного ряда силовых конденсаторов напряжение плавно возрастает до величины Ш, где U - величина зарядного напряжения, п - число силовых конденсаторов. Фронт этого импульсного напряжения определяется временем перезарядки силовых конденсаторов. Наряду с этим, начинается процесс дозарядки конденсаторов 6 до двойного напряжения источника питания. Этот процесс продолжается до полной перезарядки силовых конденсаторов. Из-за малой емкости конденсаторов 6 посадка напряжения на силовых конденсаторах 2 пренебрежимо мала. Коммутатор 10 срабатывает на максимуме выходного напряжения силовых конденсаторов. При равенстве сопротивления нагрузки волновому сопротивлению линии на нагрузке 11 формируется импульс прямоугольной формы без последующих колебаний с Uft/2 амплитудой. Генератор может быть изготовлен на очень высокое напряжение в сотни киловольт, обеспечивает через нагрузку болыиий ток в импульсе, чем известные генераторы и

имеет в два раза меньшее число коммутаторов и разделительных импедансов.

Формула изобретения

Генератор прямоугольных импульсов напряжения, содержащий источник питания, искусственную формирующую линию, один из концов которой соединен через коммутатор с нагрузкой, образованную катущками индуктивности и накопительными элементами, конденсаторы которых соединены последовательно, а коммутаторы и дополнительные конденсаторы - по схеме Аркадьева- Маркса, коммутаторы одной из ступеней каждого накопительного элемента соединены между собой через дополнительные конденсаторы, отличающийся тем, что, с целью увеличения выходной мощности, параллельно каждому второму конденсатору накопительного элемента подключены последовательно соединенные катущка индуктивности и коммутатор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Яковлев В. Н. и др. Справочник по импульсной технике. Киев, «Техника, 1972, с. 74.

2.Авторское свидетельство СССР № 369681, кл. Н 03 К 3/53, 17.04.69.