Генератор прямоугольных импульсов Советский патент 1982 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может использоваться для получения мощных импульсов фиксированной или изменяющейся в широком диапазоне длительности, как импульсный источник питания высокочастотных генераторов ускорителей и радиолокационных станций, а также для питания импульсных оптических квантовых генераторов (ОКГ),

Известен генератор импульсов прямоугольной формы, содержащий накопительную емкость, три коммутирующих элемента, линию задержки и источники пусковых импульсов 1.

Однако у этого генератора вершина импульсов при большой длительности имеет большую неравномерность вслед- ствие разряда накопительной емкости за время импульса. Кроме того, для улучшения фронта импульсов требуется дополнительный коммутирующий элемент и цепь обострения фронта выходных импульсов, что приводит к усложнению устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является генератор прямоугольных импульсов, содержащий коммутирующие элементы, аноды которых соединены с гасящей линией, катод гасящего коммутирующего элемента подключен к общей шине непосредственно, а катод основного - через нагрузку, источник питания , соединенный с анодами коммутирующих элементов через последовательно соединенные дроссель с диодом и резистор, и основной накопительный элемент в виде емкости, включенной между общей шиной и анодом ос10новного коммутирующего элемента через ограничивающий резистор 2.

В таком генераторе за каждый цикл формирования импульса на ограничительном резисторе в цепи ем15костного накопителя рассеивается энергия короткого замыкания гасящей линии, что приводит при малой длительности выходных и fIyльcoв ty к резкому уменьшению КПД.генератора

20

,.

(-/tiT WtT)

где tbj - время двойного пробега волны в гасящей линии, несколько большее времени гашения основного коммутатора.

При tj, 17%; при еще меньше. Область применения генератора ограничивается длинными импульсами порядка 0,05 - 1 мс.и более. Неравномерность вериины импульса Л/ определяемая разрядом емкостного накопителя, в таком генераторе равна % - и -R;;CH сопротивление нагрузки; емкость накопителя. При длинных импульсах Д велики и для уменьшения ее необходимо увеличи вать Сц, что не всегда возможно и увеличивает энергию пробоя нагрузки где Ер - зарядное напряжение C, Длительность среза импульсов в Известном генераторе опрейеляется временем, необходимым для изменения напряжения- на аноде основного коммутирующего элемента от положительного напряжения, близкого к EQ до небольшого отрицательного напряжения, обеспечивающего устойчивое отключение (деионизацию) коммутатора. Это время определяется длительностью фронта импульса тока искусственной гасящей линии и составляет около 0,1-0 j 2 ty,. Tie. сравнительно велико,- если учесть, что время деионизации, например, водородных тиратронов составляет десятки мкс, а тиристоров - еще больше. Цель изобретения - улучшение формы выходньк импульсов путем уменьшения неравномерности вершины и сокращения длительности среза заднего фронта, а; также и повышение КПД гене lE5iaтopa. Для достижения этой цели в генера торе прямоугольных импульсов, содержащем накопитель, подключенный-через первый зарядный блок к источнику питания, параллельно.накопителю подсоединен основной коммутирующий элемент, в цепь катода которого включена нагрузка, гасящий коммутирующий элемент, включенный параллельно основному коммутирующему элементу через гасящую искусственную линию, кот рая подключена через второй зарядный блок к источнику питанияj в качестве накопителя использована корректирова н.ая искусственная линия, между анода ми основного и гасящего кбммутирующих элементов включена корректирующая цепь гасящей искусственной линии из последовательно соединенных резис тора и конденсатора. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема генератора. Генератор содержит основной и гасящий коммутирующие элементы 1 и 2, нагрузку 3, корректированную и гасящую искусственные линии 4 и 5, источ ник 6 питания, корректирующую цепь из резистора 7, конденсатора 8, резистора 9, катушки 10 индуктивности, конденсатора 11, корректирующую цепь из конденсатора 12 и резистора 13, первый зарядный блок из катушки 14 индуктивности и диода 15, второй зарядный блой из катушки 16 индуктивности и диода 17., Генератор работает следующим образом. В паузе между импульсгиии происходит подзаряд линии 4 от источника б через катушку 14 индуктивности и диод 15; одновременно перезаряжается линия 5 через катушку 16 индуктивности и диод 17, источник б и накопительную линию 4. К началу формирования выходного импульса обе линии заряжаются до напряжения, близкого к ЕО - напряжению источника 6. После включения элемента 1 пусковым импульсом начинается формирование фронта и вершины выходного импульса на нагрузке 3 в результате разряда линии 4. Через некоторое время включают гасящий коммутирующий элемент 2, при этом формируется срез импульсов. Сопротивления резисторов 7 и 13 корректирующих цепей линии выбираются равными волновым сопротивлениям ZQ соответствующих линий 4 и 5. Длительность вершины импульсов гасящей линии 5 выбирается несколько большей времени лгашения основного коммутирующего элемента 1 и меньшей длительности вериины импульсов, а ее волновое сопротивление - несколько меньшим волного сопротивления линии 4. При этом обеспечивается надежное гашение основного коммутирующего элемента 1 по аноду , так как в результате деления суммарного зарядного напряжения линии 2 Е между их волновыми сопротивлениями потенциал анода коммутирующего элемента 1 имеет оптимальную отрицательную величину относительно катода в течение t,. При идеальном ключе и активной нагрузке корректированные искусствен-. ные линии 4 и 5 форумруют, независимо от числа их ячеек, импульсы с бесконечно крутым фронтом. Поэтому длительность среза определяется временем включения гасящего коммутирующего элемента 2. Практически это приводит к резкому сокращению длительности среза выходных импульсов по сравнению с устройствами, использующими гашение некорректированной линией. Корректирующие цепи, рассчитываются так, чтобы их переходные проводимости в максимальной степени дополнили переходные проводимости искусственных линий и суммарная переходная проводимость корректированной линии приближалась к постоянной величине Yo f;5COn5t в интервале времени 0 м«Ъим1а« этом в режиме частичного разряда линии 4, когда Z R неравномерность вершины ЛО/Онпри изменении длительности импульсов в диапазоне О S tji S fc и max не превышает несколько десятых долей процента. Потеря напряжения на коррекцию ипот определяются соотношением О Jbyiyytgy- ЕО .iC.Rv, где Cj; - суммарная емкость линии 4, включающая в себя сумму емкостей ячеек Г-образной линии и конденсатора 8. Таким образом, генератор работает в широком диапазоне длительностей и сопротивлений нагрузок при малой неравномерности вериины выходных импульсов. Гасящая линия 5 работает в режиме короткого замыкания и из-за более простой корректирующей цепи имеет неравномерность ве ядины импульсов порядка единиц процентов, однако это не влияет на форму выходных импульсов и надежность гашения коммутатора 1, вследствие некритичности к изменениям отрицательного потенциала при анодном гашении . Применение реактивныз зарядных блоков линий с отсекающими диодами обеспечивает минимальные потери энер гии на подзаряд линий и возможность диапазонного изменения частоты повторения импульсов. В активных сопротивлениях корректирующих цепей энергия рассеивается в основном лишь за время фронта импульсов искусственных линий,т.е.за время пока корректирующие цепи дополняют по фронту искусственные линии. Обычно время фрон та искусственных линий на порядок меньше длительносзси вершины, что приводит к резкому уменьшению потерь энергии на гашение по сравнению с прототипом и существенно увеличивает КПД генератора. Обеспечивая возможность генерации не только . длинных, но и коротких импульсов. Предлагаемый генератор позволяет формировать мощные прямоугольные импульсы с крутыми фронтами с весьма малой неравномерностью вершины и обладает высоким КПД (при длинных импульсах - до 90-95%). Формула изобретения Генератор прямоугольных импульсов содержащий накопитель, подключенный через первый зар5щный блок к источнику питания, параллельно накопителю подсоединен основной коммутирующий элемент, в цепь катода которого включена нагрузка, гасящий коммутирующий элемент, включенный параллельно основному коммутирующему элементу через гасящую искусственную линию, которая подключена через второй зарядный блок к источнику питания, отличающийся тем, что, с целью улучшения формы выходных импульсов путем уменьшения неравномерности вершины и сокращения длительности среза при одновременном повышении КПД, в качестве накопителя использована корректированная искусственная линия, между анодами основного и гасящего коммутирующих элементов включена корректирующая цепь гасящей искусственной линии из последовательно соединенных резистора и конденсатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . . 1.Авторское свидетельство СССР № 541269, кл.Н 03 К 3/53, 976. 2.Авторское свидетельствр СССР 347897, кл. Н 03 К 3/53, 1972 (прототип).