Генератор импульсов высокого на-пРяжЕНия Советский патент 1981 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к,высоковольтной импульсной технике и предназначено для получения импульсов высокого напряжения с коротким фронтом, необходимых для питания искровых камер, и может быгь использовано для пи тания ускорителей Электронов,рентгеновских трубок,а также в исследованиях в области электрофизики диэлектриков. . Известен генератор для получения импульсов высокого напряжения, содержащий линии, выходные концы кото рых соединены между собой и с нагрузкой последовательно, при этом указанные линии не расположены на эквипотенциальных поверхностях электромагнитного поля нагрузки fl. Недостатками этого генератора являются большие потери энергии при фор мировании импульса, вызванные распространением импульса в систему паразит .рых линий, образованных указанными ли ниями, и высокочастотные искажения формы этого импульса. Применение в этих генераторах линий, свернутых в катурвки, использование ферромагнитных сердечников и колец для затруднения распространения импульса в паразитные линии является весьма слабым средством ограничения указанных недостатков, так как катушки вносят дополнительные искажения за счет своих паразитных параметров и имеют небольшую электрическую прочность из-за трудности создания межвитковой и межкатушечной изоляции, примерно то же самое можно сказать и об использовании ферромагнитных сердечников и колец. Эти средства ограничивают амплитуду получаемо7 го импульса напряжения величиной, не превьш1ающей нескольких киловольт. В этом случае при большом числе линий количество применяемой изоляции и искажения формы импульса превьш1ают разумные пределы. Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности генератор. содержащий линии, выходные концы которых последовательно соединены между собой и нагрузкой через электроды переходных секций, при этом нагрузка имеет проводники, подсоединен ные к выводам этого генератора. Линии расположены между собой параллел но на расстоянии друг от друга и не находятся на эквипотенциальных поверхностях электромагнитного поля нагрузки Г23. Известный генератор работает сле дующим образом, На входные концы линий подается импульсное напряжение и по линиямо входных концов к выходным начинают распространяться импульсынапряжени Достигнув Выходных концов, импульсы переходят в переходные секции,и, пройдя переходные секции, суммируются на выводах генератора. В результате на нагрузку поступает импульс напряжения с амплитудой, большей амплитулы импульсного напряжения, поданного, на входные концы линий. Пройдя переходиые секции, импульс электрического поля начинает распрострайяться, а его энергия поглощается не только в нагрузке и ее проводниках, но и в системе паразитн линий, которую образуют указанные .линии, т.е. кроме полезного расхода энергии на нагрузке, происходят бесполезные потери энергии на заряд -паразитных линий, что вызывает спад амплитуды суммарного импульса, которая при большом количестве линий оказывается значительно меньше суммы амплитуд импульсов напряжения распространякщихся по линиям. а при некотором количестве линий дал нейшее увеличение числа линий практи чески не приводит к увеличению амплитуды суммарного 1й тульса. Кроме того, при указанном расположении линий выходные концы линий, электроды переходных секций и проводники нагрузки имеют значительные паразитные емкости на линии, поэтому импульсы, достигнув выходных КОНЦОВ: линий и. еще не пройдя переходные секции, уже испытывают влияние паразитных емкостей выходных концов линий и электродов переходных секций на линии, что вызывает высокочастотные, искажения импульса, в частности увеличение длительности его фрЬнта, и, связано с дополнительной потерей 4 некоторого количества энергии на заряд паразитных емкостей. После того, как импульсы пройдут переходные секции, на форму импульса иачинают сказываться паразитные емкости проводников нагрузки на линии, заряд которых также представляет ообой потерю .энергии. Недостатками описанного генератора являются большие потери энергии на формирование импульса и высокочастотные искажения его формы. Цель изобретения - повьш1ение КПД. Поставленная цель достигается тем, что в генераторе импульсов выского напряжения, содержащем линии, выходные концы которых последовательно соедииены между собой и : нагрузкой через электроды переходных се|с-ций, и при этом нагрузка имеет прбводники, подсоединенные к выводам этого генератора, указанные линии расположены на соответствующих эквипотенциальных- поверхностях электромагнитного поля нагрузки. Линии могут быть размещены между проводниками нагрузки. Кроме того, они могут быть электрически соединены с электродами переходных секций по их длине. При этом линии представляют собой часть электродов переходных секций и могут располагаться над, под этими электродами, внутри этих электродов и побоку от них, часть линий или все линии могут быть электрически соединены с проводниками нагрузки по их длине. При этом линии представляют собой часть этих проводников и могут располагаться над, под ними, внутри них и побоку от них. На фиг. 1 показан генератор импульсов высокого напряжения, имеюий четыре линии, расположенные ежду проводниками стримёрной камеы, которая является нагрузкой генеатора, вид сбоку; на фиг. 2 тримерная камера, показанная на и. 1, поперечный .разрез; на .З генератор, имеющий четыре Линии, электрически соединенные с электроами переходных секций по их длине, вид сбоку; на фиг. 4 - генератор, меющий две линии, которые электриески соединены с проводниками стриёрной камеры по их длине, при этом одна из них расположена внутри одного из проводников стримёрной камеры, вид сбоку; на фиг. 5 - сгримерная камера, поперечный разрез показанная на 1ФИГ.4; на фиг. 6 стри мерная камера, один из проводников которой состоит из пластин и линий генератора, соединяющих эти пластины поперечный разрез; на фиг. 7 - генератор, у которого последовательно с линиями включены конденсаторы. Генератор импульсов высокого напряжения содержит линии 1, выходные концы 2 которых соединены последовательно между робой и с нагрузкой 3 через электроды 4 переходной секции. Калщая линия 1 состоит из трех соединенных между собой параллельно отрезков коаксиального кабеля. Нагрузкой является стримерная камера, имеющая проводники 5, образующие симметричную полосковую линию. При этом линии 1 размещены на эквипотенциальных поверхностях 6 электромагни ного поля нагрузки 3. Линий 1 имеют входные концы 7, они могут быть расположены как снаружи нагрузки 3, так и между ее проводниками 5 и соединены электрически с электродами А с проводниками 5 по их длине. При эт линии I могут располагаться внутри проводнийов 5 и представлять собой их часть. . Генератор работает следующим образом... При подаче импульсного напряжения на входные концы 7 импульсы напр жения начинают распространяться по линиям 1 к выходным концам 2. При достижении выходных концов 2 импульс напряжения проходят по электродам 4 и суммируются по амплитуде. Суммарный импульс поступает на нагрузку 3 В области, окружающей проводники 5, и в частности между проводниками 5, появляется электромагнитное поле с эквипотенциальными поверхностями 6. Т.е. происходит заряд полосковой линии стримерной камеры, выделение энергии из линии 1 в нагрузку 3. Благодаря тому, что линии 1 расположены на эквипотенциальных поверх- . ностях 6, а потенциалы линий 1 равны потенциалам эквипотенциальных поверхностей, линии 1 не искажают поле полосковой линии, т.е. электромагнитное поле полосковой линии и по которое образуется за счет поступления импульса напряжения: на систему паразитных линий, образованных линия ми 1, совпадают по конфигурации. Таким образом, энергия идет только в один объем, определяемый нагрузкой, т.е. энергия, которая идет на заряд системы паразитных линий, является в то . же время и энергией нагрузки 3, поэтому заряд системы паразитных линий - это не дополнительный расход энергии к полезному расходу энергии на заряд нагрузки 3. Заряд паразитных линий в генераторе зто заряд нагрузки 3, и он не является потерей энергии, вызьшающей спад амплитуды импульса и увеличение энергоемкости генератора. Размещение линий 1 между проводниками 5 нагрузки 3 существенно упрощает конструкцию генератора, так как уменьшает объем, в котором располагаются нагрузка 3 и линии 1, что значительно сокращает расход материалов.на несущие изоляционные конструкции .и таким образом уменьшает стоимость генератора. При этом линии I и проводники 5 могут располагаться как на общих эквипотенциальных поверхностях, так и на разных. При совмещении линий I с электродами 4 переходных секций практически полностью устраняются паразитные емкости выходных концов 2 и электродов 4 на линии , так как линии становятся частью электродов 4 переходных секций, а следовательно, исчезают высокочастотные искажения . потери энергии, вызьюаемые наличием этих емкостей. При электрическом соединении линий с проводниками 5 по их длине полностью устраняются все паразитные параметры, связанные с линиями 1, а вместе с ними полностью ликвидируются энергетические и амплитудные потери. Генератор импульсов может содерать конденсаторы 8, включенные послеовательно с линиями 1, коммутаторы 9, к которым могут быть подключены входные концы 7.. и резисторы 10. Генератор с конденсаторами 8 рабЪтает следующим образом. Заряд конденсаторов 8 производится , через входные концы 7. После заряда напряжения на линиях и конденсаторах 8 направлены встречно и равны по величине, поэтому напряжение на переходных секциях равно нулю. При включении коммутатора 9 линии I закорачиваются и напряжение в них становится 18 равным нулю, становится оно равным нулю и на входных концах 7. В результате напряжение от конденсаторов 8 начинает поступать на электроды 4 переходной секцни, а далее генератор работает так же, как и в предыдущих вариантах.Вместо конденсаторов 8 могут быть вклзочены генераторы АркадьеваМаркса. Генератор благодаря меньшим расходам энергии на фор 1ирование одного .импульса имеет меньшую.энергоемкость а поскольку это достигается за счет всего лишь иного.расположения линий, о ТО стоимость генератора и стоимость формирования в нем одного импульса меньше. Уменьшение стоимости предлагаемого генератор-а ; вызвано также размещением линий между проводниками нагрузки. При большом количестве линий энергоемкость предлагаемого генератора в два и более раз меньше, чем у известного. Амплитуда получаемых импульсов напряжения в генераторе может превышать 1 МБ. Входные концы линий генератора могут быть соединены.между собой пара лельно и в таком виде подсоединены к импульсному источнику энергии или к коммутатору, а также могут быть под соединены по отдельности или группами к отдельным источникам энергии или к коммутаторам. В генераторе с проводниками нагруз ки могут быть соединены электрически по длине этих проводников как все линий, так и только часть лщий. При вьшолнении электродов переходных секций из отдельных проводников линий могут быть расположены между этими проводниками по аналогии их ра мещения между проводниками нагрузки. При наличии в предлагаемом устройстве генераторов Аркадьева-Маркса указанными линиями, расположенными на эквипотенциальных поверхностях электромагнитного поля нагрузки, могут быть линии, по которым подаются поджигающие импульсы на запускающие разрядники генераторов Аркадьева-Маркса. Формула изобретения 1.Генератор импульсов высокого jtaпpяжeния, содержащий линии, выходные концы которых последовательно соединены между собой и нагрузкой через электроды переходных секций и при этом нагрузка имеет проводники, подсоединенные к выводам этого генератора, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения КПД, указанные лийии расположены на соответствующих эквипотенциальных поверхностях электромагнитного поля нагрузки. 2.Генератор по п.1, отличающийся тем, что линии размещены между проводниками нагрузки. 3.Генератор по п. 1 и 2, отличающийся тем, что линии электрически соединены с указанными электродами по их длине. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Месяц Г. А. Генерирование мощных наносекундных импульсов.М.,Советское радио 1974, с. 71-79. 2.Экспресс-информация,Сер. Элект рические станции, сети и системы, 1976, № 4, с. 11-16.

3.f

7

,S

V

-« I C3.S -Д

jL

6 3.S

I

/

s,f

(риг. 2

7

1.