Каскадный умножитель напряжения

ОП КСАН ИЕ Союз СоветскихСоциалистическихресяубпик гИЗОБРЕТЕН ИЯ ДВТВЛЬ СТВО К АВТОРС, сеид-в 1) 2342212/2 1)М, Кл, Н 02 М 7/1 иоритет -Государственный хамите6 аавта Ииннотроа СССРно делам нзобретаннйн открытий(45) Дата опубликования описания М,05.Ц К 621 314 5, А оше Ордена Ленина институт элект ордена Трудового Красного Знамениварки имени Е, О. Патона АН Украинской(54) КАСКАДНЫЙ УМ ЛЬ НАПРЯЖЕНИ компе щую катушку инд дополнительные питания накалов ками этого умнож хемы и эначительн х пульсаций выс ирую ьные цепи остат сть с тотны уктивности, раэконденсаторы, авентилей 2, ителя, являются ый уровень выокого напряже. дел ителтакжеНедсложноа сокачасння. упрощ высоко Изобретение относится к технике высоких напряжений и может быть применено в электрофизическнх установках, электронных микроскопах и ускорителях, в, частности оно предназначено для использования в качестве источника регулируемого в широких пределах высокого напряжения постоянного тока для питания электроннолучевых установок.Известен радиочастотный регулируемый умножитель напряжения, содержащий модифицированный генератор, Эверхарта-Лоррейна на электровакуумных вентилях, генератор напряжения умножения с повышающим трансформатором и вспомогательные цепи для питания накалов вентилей, подключенные к двум генераторам напряжения накалов 1.Однако отмечается зависимость токов накалой вентилей от величины выходного высокого напряжения; сложности схемы и ее настройки,Наиболее близким по своей технической сущности является каскадный умнбжитель напряжения, содержащий генератор питания накалов, генератор напряжения умножения, выходные трансформаторы генераторов, накальные трансформаторы, дополнительную катушку индуктнвности, включенные по каскадной схеме зарядные конденсаторы, злектровакуумные вентили,Цель иэобретения - ение умножителя н уменьшение уровня частотных пульсаций.Эта цель достигается тем; что в каскадномумножителе напряжения, содержащем генератор питания накалов, генератор напряжения умножения, выходные трансформаторы генераторов, накальные трансформаторы, дополни-.тельную катушку индуктнвностн, включенные 1 Ь по каскадной схеме зарядные конденсаторы,. а также .цепи питания накалов вентилей, вкоторыХ накальные и вспомогательные колонны, состоящие из последовательно включенных раэ.делительных,конденсаторов, первичных обмоток накальных трансформаторов и дополнитель.ных конденсаторов, подключены через входные трансформаторы к генераторам напряжения накалов, выходы накальных колонн через допол.нительные конденсаторы соединены со средней точкой ком пенск рующей катушки. и ндуктн внос ти, а входы. накальных колонн подключены60265 3ко вторичной обмотке выходного трансформатора генератора напряжения накалов, средняяточка которой заземлена, а средняя точка вто.ричной обмотки выходного трансформатора генератора напряжения умножения подключена кземле через дополнительную катушку нндуктивности.На фиг, 1 представлена структурная элект.рическд Схема каскадного умцожителя напряжения; на фиг. 2 - эквивалентная схема питания накальных цепей каскадного умножителя напряжения,На фиг, 1-изображены: первый и последнийкаскады умиожитеЛя напряжения, содержащего генератор 1 напряжения умножения, под.ключеииый к первичной обмотке выходноготрансформатора 2, вторичная обмотка которого подключена к схеме умножителя Эверхарта.Лоррейна, выполненного на электровакуумцыхвентилях 3-1 - 3-4, зарядных коцдецсаторах4-1 - 4-3, 5- и 5.2 и компенсирующей ка.тушке индуктивности 6, Средняя точка компецсирующей катушки ицдуктивности 6 соединенас выходной шиной 7, а средняя точка вториной обмотки повышающего трансформатора 2заэемлеца через дополнительную катушку иц.дуктивности 8. Генератор 9 питания накаловподключен к первичной обмотке выходноготрансформатора 10, средняя точка вторичнойобмотки которого заземлена, а выходные коищыподключены к левой и правой накальным ко.донцам, состоящим иэ и одинаковых последовательно включенных каскадов.В каждом каскаде разделительные коцдецсаторы 1-1 - 11.4 включены последовательнос первичной обмоткой накальных трансформаторов2-1 - 12-4.В левой накальной колонне вход первогокаскада начинается с разделительного кондец.сатора 11-1, а вход правой накальной колонны - с накального трансформатора 12-2, Выходы накальных колонн через дополнительныеконденсаторы 13-1, 3 2 соединены с шиной 7,В каждом каскаде каскадного умцожителя на.пряжения вторичная обмотка накальных транс.форматоров 12-1 - 12-4 подключены к пака.лам вентилей 3 1 - 3.4,В каждом каскаде каскадного умцожителямежду разделительными конденсаторами 11и 11-3 левой накальной колонны и заряднымиконденсаторами 4-1 - 4-3, а также междуразделительными конденсаторами1-2,1-4правой накальной колонны и зарядными конденсаторами 5 - 1 и 5-2 включены выравнивающие . резисторы 14-1 - 4-4,На фиг. 2 представлена эквивалентная схема питания накальных цепей, каскадного умножителя, Генератор 9 питания накалов соединен с трансформатором 10, вторичная обмотка которого подключена к последовательнымконтурам А и В, Каждый из них являетсяэквивалентом накальной колонны и состоитиз эквивалентной емкости 5, эквивалентнойицдуктивности 16 и суммарного вносимого сопротивления 17 накальной колонны. Междушиной 7, к которой подключены эквивалентыобеих накальных колонн, и землей, включенпоследовательный контур С, состоящий из эквивалецтцой емкости 18 схемы умножения напряжения, индуктивности 8 н сопротивления потерь 19, Средняя точка вторичной обмотки выходного трансформатора 10 заземлена,Каскадный умцожитель напряжения работа 5 ет следующим образом.1 апряжецие высокой частоты генератора 1через трансформатор 2 поступает на схему умцожителя, выполненную ца вентилях 3- - 34, зарядных конденсаторах 4-1 - 4-3, 5-1 и 5-2 и компенсирующей катушке ицдуктивности 6, Высокое напряжение постоянного тока снимается относительно земли со средней точки катушки 6 и поступает на дину 7. Средняя точка вторичной обмотки трансформатора 2 заземлена через дополнительную катушку индуктивности 8, Выравнивающий резистор 4-1 - 14.4, включенный в каждом каскаде умножителя напряжения, обеспечивает равенство потенциалов между конденсаторами 1- - 11.4 накальных колонн и конденсаторами 4-1 - 4.3, 5-1, 5-2 умножителя напряжения. Высокое напряжение регулируется изменением режима работы генератора напряжения умножите.ля.Рассмотрим работу цепей, обеспечивающихпитание накалов вентилей умножителя напря.жсния, Анализ работы этих цепей проведен на примере эквивалентной схемы фиг. 2. В связи с тем, что частота гецератора 9 питания накалов значительно больше частоты генератора, 1 напряжения умножения, схему умножения для частоты генератора питания накалов 30 можно заьйнить эквивалентной емкостью 18,Эта емкость, включенная последовательно с дополнительной катушкой 8 и сопротивлением потерь 19, образует последовательный контур С включенный между шиной 7 и землей. Средняя точка вторичной обмотки выходного трансформатора 10 заземлена, В образованной двухконтурцой схеме АС и ВС) полезная мощность генератора 9 выделяется на эквивалентных соцротивлейиях 17 накальных колонн за счет контурных токов 1 и 1,. В виду того, что напряжения, приложенные к контурам АС и ВС, равны по величине н противоположны по фазе, то результирующий ток, протекающий через последовательный контур С, в каждый момент времени равен разности амплитуд то.ков Л, и Л,. Все три последовательных контура настроены в резонанс с частотой генератора 9 питания накалов, поэтому для этой частоты каждая ветвь двухконтурной (АС и ВС) схемы представляет активное сопротивление.За счет того, что катушка 8 имеет высокуюдобротность, активное сопротивление контураС вэ много раз меньше активного сопротивления контуров А и В, Напряжение на контуре С, являющееся напряжением пульсаций высокого напряжения с частотой генератора напряжения накалов, во много раз меньше на пряжения на накальных колоннах.Таким образом, в таком каскадном умножителе напряжения питание накалов вентилей обеспечивается применением только двух накаль.цых колонн, за счет протекания контурных токов через эти колонны и емкости схемы умно- жителя напряжения. Настройка цепей питания61накалов вентилей производигся выбором ве. личины конденсаторов 3-1, 13-2, обеспечива. ющих резонанс в ветвях контуров АС и Вс (фиг, 2), Уровень пульсаций высокого напряжения сводится к минимуму настройки катуцки 8, Уровень пульсаций с частотой умножения значительно уменьшен за счет подключе. ния конденсаторов накальных колонн к выход. ной клемме умножителя.Таким образом, данная схема питания иа. калов вентилей может успешно применяться в каскадных умножителях напряжения, выполненных по схеме Эверхарта-Лоррейна, симметричной и несимметричной Кокрофта-Уолтона. Данная схема каскадного умножителя напря. жения имеет меньшее количество элементов и устройств, так как в ней исключены вспомогательные колонны и уменьшено количество генераторов питания накалов. Кроме того, она имеет меньший уровень пульсаций высокого напряжения.Формула изобретенийКаскадный умножитель напряжения, содержащий генератор питания накалов, генератор напряжения умножения, выходные трансфор. маторы генераторов, накальные трансформа. торы, дополнительную катушку индуктивности6включенные по каскадной схеме зарядные конденсаторы, электровакуумные вентили, компен.сируюгцую катушку индуктивности, разделительные и дополнительные конденсаторы, а также цепи питания накалов вентилей, в которых 5 накальные и вспомогательные колонны, состоящие из последовательно включенных разделительных конденсаторов, первичных обмотонкнакальных трансформаторов и дополнительных конденсаторов, подключены через входные трансформаторы к генераторам напряжении накз. олов, отличающийся тем, что, с целью упроще.ния умножителя и уменьшения уровня высоко.частотных пульсаций, выходы накальных колонн через дополнительные конденсаторы соединены со средней точкой, компенсирующей.катушки индуктивности, а входы накальныхколонн подключены ко вторичной обмотке вы.ходного трансформатора генератора напряже.ния накалов, средняя точка которой заземлена, А средняя точка вторичной обмотки выход.ного трансформатора генератора напряжения 2 о умножения подключена к земле через допол.нительную катушку индуктивности. Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе:1. Патент США 2.820,340, кл. 321 - 15, 1958.2. Авторское свидетельство СССР238334, кл. В 23 К 1500, 1967.