Устройство для формирования наносекунд-НыХ иМпульСОВ TOKA и НАпРяжЕНия Советский патент 1981 года по МПК H01T9/00 H03K3/78 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, а именно к устройствам формирования импуль сов тока и напряжения, и может быть использовано в сильноточных наносекундных ускорителях и генераторах мо ных наносекундных импульсов. Известны коммутаторы для формирующей линии, содержащие два противостоящих электрода, которые благодаря своей простоте нашли широкое примене ний В устройствах наносекундной импульсной техники t. Однако подобные коммутаторы имеют, как правило, высокую индуктивность, что приводит к большой длительности фронта сформированного импульса. Кроме того, очень высокое волновое сопротивление приводит к рассогласованию коглмутатора с формирующей линией и как.следствие к значительным отклонениям формы сформированного импульса от прямоугольной Наиболее близким к предлагаемому является устройство для формирования наносекундных импульсов тока и напря жения, содержащее блок зарядки, подключенный к нагрузке через последовательно соединенные коаксиальные формирующую и передающую линии, между жилами которых последовательно включен разрядник Однако этому устройству присущи вышеуказанные недостатки, причем оно обладает сложностью. Цель изобретения - повышение амплитуды сформированного импульса и воспроизводимости параметров сформированного импульса и уменьшение длительности фрота импульса. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для формирования наносекундных импульсов тока и напряжения, содержащем блок зарядки, подключенный к нагрузке через последовательно соединенные коаксиальные формирующую и передающую линии, между жилами которых последовательно включен разрядник, электроды разрядника выполнены коаксиальными, причем межэлектродная емкость С разрядника выбрана в зависимости от емкости С формирующей линии в соотношении Кроме того, с целью уменьшения длительности фронта и повышения воспроизводимости параметров .формируемого импульса, один из электродов разрядника выполнен с выступом на ра бочей боковой поверхности, расстояние d от которого до торца внутреннего электрода разрядника выбрано в зависимости от перекрывающейся дли ны h его электродов в соотношении о,15 - ОЪ5п Этим достигается высокая воспроизводимость параметров сформированного импульса и минимальная для пред лагаемой конструкции длительность фронта импульса. На чертеже показан узел соединения разрядника и формирующей и передающей линии предлагаемого устройств Узел содержит разрядник, состоящий из двух цилиндрических коаксиально установленных электродов 1 и 2 из которых электрод 2 подключен к передающей линии 3, а электрод 1 под ключен к жиле формируннцей линии 4. Внутренний электрод 2 разрядника выполнен с выступом 5. Геометрические межэлектродная емкость С; и емкость формирующей линии показаны пунктиром В качестве изолирующей и рабочей среды в формирующей и передающей линии, а также в разряднике использова на очищенная вода с удельным сопротивлением - Ю Ом.см. Устройство работает следующим об-разом. Во время зарядки формирующей лини 4 потенциал на высоковольтном электроде 2 разрядника возрастает. При достижении напряжением величины, ран ной пробивному напряжению зазора меж ду электродами, происходит срабатывание разрядника (разрядный канал пе ремыкает промежуток между электродам 1 и 2).После срабатывания разрядника сформированный импульс напряжения передается по передающей линии 3 в н грузку (не показана). Причем выбор оптимальной величинь; межэлектродной емкости коммутатора позволяет существенно повысить амплитуду сформированного импульса. Экспериментально установлено, что максимальная амплитуда сформированного импульса имеет место при С,/С27/0., 3Однако увеличение 0,4 не прив дит к дальнейшему увеличению амплиту ды и№1ульса, а нагрузка на блок зарядки, формирующей линии при этом увеличивается (емкость С вкл)чена пapaJ| лeльнo с емкостью С), что приводит к увеличению времени зарядки. Поэтому для получения высокой амплитуды сформированного импульса при небольшом времени зарядки формирующе линии необходимо выполнение следующе го соотношения с. о. to,4 При этом амплитуда импульса увеличивается на 7-15%, что для сильноточных генераторов наносекундных импульсов составляет значительную величину. Однако установлено экспериментально, что форма импульса и его длительность фронта существенно зави сят от места7 в котором идет коммутация. Поэтому необходимо локализовать место коммутации и оптимизировать его положение. Локализация места пробоя осуществляется установлением на боксовой поверхности одного из цилиндрических электродов выступа 5, который может быть выполнен как отдельный изолированный выступ (или несколькб выступов) или как круговое ребро. Этим достигается хорошая воспроизводимость параметров сформированного импульса. Экспериментальные данные о Зависимости длительности фронта Сф сформированного импульса от места расположения выступа (от отношения расстояния d от торца внутреннего электрода коммутатора до выступа к перекрывающейся длине h коаксиальных электродов коммутатора) показывают, что минимальная длительность фронта имеет место при выполнении соотношения 0,,Ъ5. При отклонении oтнcяIIeнияd/tlвлeвo или вправо от указанных пределов длительность фронта возрастает. Таким образом, предлагаемый коммутатор для фор 4ирую1дей линии позволяет на 7-15% увеличить амплитуду, в 1,1-1,5 раза уменьшить длительность фронта сформированного игшульса и существенно повысить воспроизводи-.. мость параметров импульса. Следует отметить перспективность применения по-; добных коммутаторов для коммутации сильноточных формирующих линий. Формула изобретения 1.Устройство для формирования наносекундных импульсов тока и напряжения, содёржамее блок зарядки, подключенный к нагрузке через последовательно соединенные коаксиальные формующую и передающую линии, между жилами. которых последовательно включен разрядник, отличающеес.я , что, с целью, повышения амплитуды формируемого импульса, электроды разрядника выполнены коаксиальными, причем межэлектродная емкость С( разрядника выбрана в зависимости от емкости CQ формирующей линии в соотношении . 0,2) i 1 0,4 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью

уменьшения длительности фронта и повышения воспроизводимости параметров формуемого ш пульса, один из электродов разрядника выполнен с выступом на рабочей боковой поверхности, расстояние d от которого до торца внутреннего электрода разрядника выбрано в зависимости от перекрывающейся длины h его электродов в соотношении:

, 0,25 ,15 -h

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Harrison I., Kolb А., Mi Iler R. Shannon J.,Smith J. Compact electron, beam generators for laser and fusion research. - Jn. Proe. V. Symp. Washington. 1973. p. 117-123.

2 Авторское свидетельство cccf 155826, КЛ. H 01 Т 9/00, 1962.