Генератор прямоугольных импульсов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистических(11 М. Кл. Н 03 К 3/53 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(088. 8) Дата опубликования описания 30.07.82(72) Авторизобретения В,В. КаштановЪ В(. И; 1:Ц,д ФИУ ТЮ "1("- научно-нсслелоэательскин институт механики Фнэщкнч,:,1 ь 1 при Саратовском ордена Трудового Красного 3 енигосударственном университете им. Н, Г. Черн вскб 1 йо" -"(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 вследствие 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 общейшине непосредственно, а катод основного - через нагрузку, источник питания, соединенный с анодами коммутирующих элементов через последовательно соединенные дроссель с диодоми резистор, и основной накопительный элемент в виде емкости, включен ной между общей шиной и анодом основного коммутирующего элемента через ограничивающий резистор (2),В таком генераторе эа каждый циклформирования импульса на ограничительном резисторе в цепи разряда емкостного накопителя рассеиваетсяэнергия короткого замыкания гасящейлинии, что приводит при малой длительности выходных имПульсов 1 и к резкому уменьшению КПД,генератора4 и( сйс 7где с - время двойного пробега волИны в гасящей линии, несколько боль шее времени гашения основного коммутатора.при к = сит 1 = 17; при риеще меньше, Область применения генератора ограничивается длинными им пульсами порядка 0,05 - 1 мс,и более.Неравномерность вершины импульса ,. определяемая разрядом емкостного накопителя, в таком генераторе равнаО фнгнСнгде ВН - сопротивление нагрузки;С - емкость накопителя.нПри длинных импульсахвелики и для уменьшения ее необходимо увеличи" вать Сн, что не всегда возможно и увеличивает энергию пробоя нагрузки, 10 где Ео - зарядное напряжение С .Длйтельность среза импульссв в известном генераторе определяется временем, необходимым для изменения напряжения на аноде основного коммутирующего элемента от положительного напряжения,близкого к Е до не большого 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 1, т;есравнительно велико, если учесть, что время деионизации, например, водородных тиратронов составляет десятки мкс, а ти 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 че" рез гасящую искусственную лийию, которая подключена через второй зарядный блок к источнику питания, в качестве 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 га сящий 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 зистора 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 индуктив" ности 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 Е - 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 Ео 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 Ео между их волновыми сопротивлениями потенциал анода коммутирующего элемента 1 имеет оптимальную отрицательную величину относительно катода в течениеПри идеальном ключе и активной нагрузке корректированные искусствен-, ные линии 4 и 5 формируют, независимоот 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 Уо=усопз в интервале времени01 и-Си нахПри этом в режиме часФормула изобретения тичного разряда линии 4, когда 2 о с В, неравномерность вершины АО/Оспри йзменении длительности импульсов в диапазоне 0 и Ьи мсь не превышает несколько десятых долей процента. Потери напряжения на коррекцию и : 5вот = ъЕо -Оп определяются соотношением где С - суммарная емкость линии 4,включающая в себя сумму емкостейячеек Г-образной линии и конденсатора 8Таким образом, генератор работает 15в широком диапазоне длительностей исопротивлений нагрузок при малойнеравномерности вершины выходныхимпульсов,Гасящая линия 5 работает в режимекороткого замыкания и из-за болеепростоИ корректирующей цепи имеетнеравномерность вершины импульсовпорядка единиц процентов, однакоэто не влияет на форму выходных импульсов и надежность гашения коммутатора 1, вследствие некритичностик изменениям отрицательного потенциала при фанодном гашении,Применение реактивныМ зарядныхблоков линий с отсекающимидиодамиобеспечивает минимальные потери энергии на подзаряд линий и возможностьдиапазонного изменения частоты повторения импульсов. В активных сопротивлениях корректирующих цепей энер- З 5гия рассеивается в основном лишь завремя фронта импульсов искусственныхлиний,т.е.за время пока корректирующие цепи дополняют по фронту искусственные линии. Обычно время фронта искусственных линий на порядокменьше длительности вершины, чтоприводит к резкому уменьшению потерьэнергии 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). Генератор прямоугольных импульсовсодержащий накопитель, подключенный через первый зарядный блок кисточнику питания, параллельно накопителю подсоединен основной коммутирующий элемент, в цепь катода которого включена нагрузка, гасящий коммутирующий элемент, включенный параллельно основному коммутирующемуэлементу через гасящую искусствейнуюлинию, которая подключена через второй зарядный блок к источнику питания, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью улучшения формы выходных импульсов путем уменьшения неравномерности вершины и сокращения длительности среза при одновремейномповышении КПД, в качестве накопителяиспользована корректированная искусственная линия, между анодами основного и гасящего коммутирующих элементов включена корректирующая цепьгасящей искусственной линии йз после-довательно соединенных резистора иконденсатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 541269, кл. Н 03 К 3/53, 976.2Авторское свидетельство СССРР 347897, кл. Н 03 К 3/53, 1972