Генератор прямоугольных импульсов

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Ресн)(блик (u)94? 944

{61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21.05.80 (21).2927646/18-,21 с присоединением заявки М9

{23) Приоритет

Опубликовано 300782. Бюллетень М9 28

И11М.К .

Н 03 К 3/53

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

РЗ) УДК 621 ° 373 (088. 8>

Дата опубликования описания30.07.82 (72) Автор изобретения

В.B. Каштанов

Ъ K9 Ë.=:::gent

ИР Те".т("1 (:,!Научно-нсснедоэатеиэскии институт механики фйэщКН,:.". ll, при Саратовском ордена Трудового Красного 3 ени государственном университете им. Н. Г. Черн вскбгсо ".-". -:

l (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ

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, включен10 ной между общей шиной и анодом основного коммутирующего элемента через ограничивающий резистор (2>.

В таком генераторе эа каждый цикл формирования импульса на ограничительном резисторе в цепи разряда емкостного накопителя рассеивается энергия короткого замыкания гасящей линии, что приводит при малой длительности выходных имПульсов t к резкому уменьшению КПД:.генератора

4и (4„. С„т-П „) где t - время двойного пробега волИ ны в гасящей линии, несколько большее времени гашения основного коммутатора.

При tN = и g = 17%; при tu < tnеще меньше. Область применения генератора ограничивается длинными имЗ0 пульсами порядка 0,05 — 1 мс.и более.

947944

Неравномерность вершины импульса,. определяемая разрядом емкостного накопителя, в таком генераторе равна и

) - — нСн где R — сопротивление нагрузки;

С вЂ” емкость накопителя. н

При длинных импульсах велики и для уменьшения ее необходимо увеличивать Сн что не всегда возможно и увеличивает энергию пробоя нагрузки. l0 где Ео — зарядное напряжение Сн.

Длйтельность среза импульссв в известном генераторе определяется временем, необходимым для изменения напряжения. на аноде основного коммутирующего элемента от положительного напряжения, близкого к Е до небольшого отрицательного напряжения, обеспечивающего устойчивое отклюЧение (деионизацию) коммутатора. Это время определяется длительностью .фронта импульса тока искусственной 25 гасящей линии и составляет около

0,1-0,2 1д, т;е. сравнительно велико, если учесть, что время деионизации, например, водородных тиратронов составляет десятки мкс, а ти- 30 ристоров — еще бОльше.

Цель изобретения - улучшение формы выходных импульсов путем уменьшения неравномерности вершины и сокращения длйтельности среза заднего фронта, а также и повышение КПД генератора.

Для достижения этой цели в генераторе прямоугольных импульсов, содержащем накопитель, подключенный через 40 первьй зарядный блок к источнику питания, параллельно. накопителю подсоединен основной коммутирующий эле мент, в цепь катода которого включена нагрузка, гасящий коммутирующий 45 элемент, включенный параллельно основному коммутирующему элементу через гасящую искусственную лийию, которая подключена через второй зарядный блок к источнику питания, в качестве 50 накопителя использована корректированная искусственная линия, .между анодами основного и гасящего коммутирующих элементов включена корректирующая цепь гасящей искусственной линии иэ последовательно соединенных резистора 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, источник 6 питания, корректирующую цепь из резистора 7, конденсатора 8, ре- 55 эистора 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 блок из катушки 16 индуктивности и диода 17.

Генератор работает следующим образом.

В паузе между импульсами 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

Š— 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 Z соответствующих линий 4 и 5. Длительность вершины импульсов гасящей линии 5 выбирается несколько большей времени гашения основного коммутирующего элемента 1 и меньшей длительности вершины 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 E между их волновыми сопротивлениями потенциал анода коммутирующего элемента 1 имеет оптимальную отрицательную величину относительно катода в течение

При идеальном ключе и активной нагрузке корректированные искусствен-, ные линии 4 и 5 формируют, 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 дополняли переходные проводимости искусственных линий и суммарная переходная проводимость корректированной линии приближалась к постоянной величине Yp= —,=сопзф в интервале времени

0- и tn vnax При этом в режиме час947944

Формула изобретения тичного разряда линии 4, когда Е с р„, неравномерность вершины AU/Оспри йзменении длительности импульсов в диапазоне О и - и мсм не превышает несколько десятых долей процента. Iloтерн напряжения на коррекцию и = 5 ют= ъЕо -Оп определяются соотношением где C> — суммарная емкость линии 4, включающая в себя сумму емкостей ячеек Г-образной линии и конденсатора 8 °

Таким образом, генератор работает 15 в широком диапазоне длительностей и сопротивлений нагрузок при малой неравномерности вершины выходных импульсов.

Гасящая линия 5 работает в режиме короткого замыкания и из-за более простоИ корректирующей цепи имеет неравномерность вершины 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 реактивныМ зарядных блоков линий с отсекающими диодами обеспечивает минимальные потери энергии на подзаряд линий и возможность диапазонного изменения частоты повторения импульсов. В активных сопротивлениях корректирующих цепей энер- З5 гия 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- 40 та искусственных линий на порядок меньше длительности 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 90-95В).

Генератор прямоугольных импульсов содержащий 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, 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 одновремейном повышении КПД, в качестве накопителя использована корректированная искусственная линия, между анодами основного и гасящего коммутирующих элементов включена корректирующая цепь гасящей искусственной линии йз после- . довательно соединенных резистора и конденсатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе,.

1. Авторское свидетельство СССР

9 541269, кл. Н 03 К 3/53, 976.

2 ° Авторское свидетельство СССР

Р 347897, кл. Н 03 К 3/53, 1972 (прототип) .

947944

Составитель И. Белякова

Техред 3. Палий Корректор E Рошко

Редактор A. Orap

Тираж 959 Подписное

ВНИИПИ Государственного. комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., a. 4/5

Эаказ 5667/77

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4