Пъезогенератор

(54 ПЬЕЗОГЕНЕРАТОР Изобретение относится к области сильноточной импульсной технике,конк" ретно,к импульсным генераторам тока и может быть использовано в различных отраслях радиоэлектронной техники, .в частности, в телевизионной аппара" туре.Известны генераторы пилообразного тока (11 .Недостаток известных генераторов состоит в синусоидальном характере изменения тока в нагрузке.Известен пьезогенератор, содержащийпластинчатый пьезоэлемент, имеющий на противоположных параллельных 15 поверхностях электроды и генератор ударной волны с выходной поверхнос" тью, нормальной к поверхностям электродов 21 .Недостатком известного устройст ва является искаженный характер нарастающего участка пилообразного импульса тока в индуктивной нагрузке.25Цель изобретения состоит в,выравнивании нарастающего участка импульса тока в индуктивной нагрузке.Укаэанная цель достигается тем, что что один иэ электродов выполнен в виде Фигуры, состоящей иэ двух час О тей, одна иэ которых имеет Формупрямоугольника и расположена со стороны генератора ударной волны, авторая ограничена с двух сторонотрезками прямых, параллельных выходной поверхности генератора ударнойволны, а две другие ограничены экспоненциальными кривыми, .описываемыми выражением:д .(1)у(ь - ест 1),ф.где ( - индуктивность нагрузки, г;12 "1)(с,М 1 Г; (2)Л - проводимость ударносжатойпьезокерамики, омам 1;Ч - скорость распростраоенияударной волны в пьезокерамике, м/с;х- толщинапьезоэлемента,м;Е - текущая координата по длине пластины;о- -.о ьЗ =,ЧЕ =ТЧ - параметр длины, м;т3 бб 1660 этом случае ток в индуктивной нагрузке будет нарастать линейноМ=о (5)угде (, - длительность линейно нарасЪ5 тающего импульса, равная времени пробега УВ по формирующей части электрода 2 о,с -Ч На фиг.1 изображен пьезоэлемент 10 в форме прямоугольного параллелепипеда; на фиг,2 показана форма электрода пьезоэлемента, обеспечивающего линейное нарастание тока в индуктивной нагрузке; на фиг.З схематично изображены границы формирующей части15 электрода на поверхности прямоугольной пластины из ПК,"на фиг.4 - вид пьезоэлемента, повернутого на 90 по отношению к,положейию, показанному на фиг.З; на фиг.5 - график линейно 20 нарастающего тока пьезогенератора виндуктивной нагрузке; на фиг,бграфик напряженйя на электродах цьезогенератора.Сущностьизобретения состоит в 25 тОМ, ЧтО ЭЛЕКТРОДЫ ПЬЕЗОГЕНЕРаетОРеа выполнены в виде двух частей, за- ,рускающей и формирук)щей, причем запускающая часть расположена междугенератором УВ и формирующей частью 30 и имеет форму прямоугольника, а формирующая часть представляет собой-фигуру, ограниченную с двух сто- рон отрезками прямых, параллельных выхОДной повеРхности УВе меньший 5 из которых служит границей раздела запускающей и формирующей частей электрода, адве другие ограййчейы экспоненциальнымикривыми (Фиг,2).Количественно размеры запускающей и формирующей частей электрода опбеделяются электрофизическйми-па-, раметрами ПК, велйчиной индуктивности нагрузки Ь и амплитудой линейно нарастающего тока 3, . :, .45Рассмотрим подробно вывод формулы для описания формы формирующей части электрода генератора. Для этого запишем в общем виде балансы потенциалов и зарядов для электрической цепи 50 пъезогенератора, полагая, что граница его электрода есть фуйкция от по"ложения фронта УВ в ПК у-у (Е ), где Е=Ч 1 , а толщина пьезоэлемента Х, (фиг.З и 4)При выводе соотношений будем учитывать, что на фронте УВ происходит деполяризация ПК, сопровождающаяся выделением связанного до этого заряда с поверхностной плотностью Ь=Роизменением диэлектрической пронйцаемости и проводимости.Будем также учитывать то, что на электродах пьезогенератора, начиная с момента 1" О, напряжение постоянно и равно Чо, поскольку только в Заряд, выделяющийся при деполяризации ПК на электродах пьезоэлемента в соответствии с фиг.З, равенЙ (и 1 уОеу)" уси. (о)оЗаряд, перетекающий за счет проводимости Л в сжатой зоне ПК, есть1 6 О О 2 я 7где 3 = - .х,Заряд, перетекающий во внешней цепи генератора,а (8))- - " -3 2 Ф. емкость цластин пьезогенераторана момент 1, с учетом изменения диэлектрической проницаемости, естьгде О=Я АЕУХНапряжение на электродах пьезогенератора и, следовательно, на индук-.тивной наГрузке, которое по условиюявляется постоянным, может быть записано исходя из условия баланса за.- рядов и напряжения в виде;оЛ)Фе-)еЩМйф- о -,т,о(о) (1 о)о оооо(о)-е уЦаогдеУоС(О) - заряд на электродах вмомент 1=0.Проинтегрировав полученное выражение и сгруппировав подобные чйены,получим уравнение для расчета формыэлектродов:(11)ро 7+ (о" о+ (:о.Решение этого уравнения при условии, что ц = 0 при Ф=О, запишется ввидеу(Цое -1), 1 е)где т=ЬЧо(2 оЧ+ жЧо) ф. 55 Ч - рабочее напряжение на электродах пьезогенератора, ЬЮ=Е ьбУХ ,Р С 1 м 1; (4)Е " диэлектрическая проницаемомость вакуума, Ф МьЕ =(ь-(-.") - разница относительных безразмерных диэлектрических проницаемостей пьезокерамикИ перед и за фронтом ударной волны. с.о(о)-сб у(1)ус,: (9)принимает треугольную форму, являющуюся предельной по отношению к экспоненциальной форме, характерной для общего случая 0. Уравнение для тока, генерируемого в рассматриваемом случае прямоугольной запускающей частью, может быть представлено в виде:(Сф)= о ЧЯ . .Эо,1где С- - .емкость пьезо- рохо 661660мой конструкции принципиальны, нонезначительны по времени и составляют 5% от общего времени его работы.Использование изобретения позволяет успешно решать ряд экспериментальных задач, связанных с необхо димостью возбуждения импульсных магнитных полей с линейным характеромнарастания поля. формула изобретения,генератора.Решение этого уравнения находимпри начальных условиях )(О) Ои 0(0)=0М=Д 5 Р(1-4 (24)Напряжение соответственно естьЬ, (25)90, " 7где Ю =(ЬС)2В интервале времени (1,) решение имеет вид,о (26)3 ф= - 1-1 )ои Ч(О =Чо (27)Для этого необходимо, чтобы напряжение на нагрузке (25) в момент 11достигало величины Го , т,е. длинапрямоугольной части электрода равнялась;1о С(28)Чоу ( , ;и иа временной параметр в соответствие-сОв И,) (29)Бм СаПо заданным значениям амплитудылинейно нарастающего тока, длительности импульса и индуктивности нагрузки определяется напряжение наэлектродах пьезогенератора:.)о (30)7 зэ -оТолщина пьезоэлемента в соответствии с этим напряжением и рабочей напряженностью поля в ПК может бытьопределена по формуле:(22), (21) дает, соответственно,следующие значения для ископаемыхпараметров: Е 1= 0,5 см;Чо=510 В,3х =.0,2 см, уо= 0,7 см, о=02 мкс,Е= 5 1 см у 1= 0,5 см, у,= 17 см.Для иллюстрации на Фиг,5 и бприводятся графики тока и напряжения,реализуемые в электрической цепи рассчитанного пьезогенератора.Отклонение от линейности режимаработы пьезогенератора рассматривае Пьезогенератор, содержащий,пластинчатый пьезоэлемент, имеющийна противоположных параллельныхповерхностях электроды, и генераторударной волны с выходной поверхностьюнормальной к поверхностям электродов,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью выравнивания нарастающегоучастка импульса тока в индуктивнойнагрузке, по крайней мере, один электрод выполнен в виде фигуры, состоящей из двух частей, одна из.которыхимеет форму прямоугольника и располокена со стороны генератора ударной25 волны, а вторая ограничена с двухсторон отрезками прямых, параллельных выходной поверхности генератораударной волны, а две другие ограничены экспоненциальными кривыми,30 описываемыми выражением:з,е"-)р) . 7где ( - индуктивность нагрузки, Г;35 =2.ЯУ(Хо, мГ 1 у.,йенс"Р й - проводимость ударносжатойпьезокерамики, См мЧ - скорость расйространения, 40 ударной волны в пьезокерамике, у/с;хо - толщина пьезоэлемента, м;Е - текущая координата подлинепластины 06 ЕЕЕо= Ч, мЕ 1 = т Ч - параметр длины, м;45 т, - время работы пьезогенератора, с;р)Ро - поляризация пьеэокерамики 50 Кл м-о " рабочее напряжение на электродах пьезогенератора, В;ос=,даат Ха СИ ;Е - диэлектрическая проницаемость вакуума, ФМ 1;АЕ=(1 -Е) - разница относительныхбезразмерных диэлектрических проницаемостей перед и за фронтом ударнойволны.Источники информации, принятыево внимание при экспертизе1. Справочник по импульсной технике, Под ред., Яковлева В.И, М.,1972, с.481-488.65 2ДррК.Раув.УОР 46, Р 4, р.1522,1975,б 61 ббО Уг Фиг. О оя И 2 Е,мкс Составитель В.ВавеРедактор А.абрамов Техред И.Лсталош Ковинская енного етений раская лиал ППП фПатент г,ужгород, ул.Проектна аказ 2494/57Т ЦНИИПИ по д 113035 Москвараж 922 Государс елам иэо аР Корректор О подписное комитета С и открытий наб. д.45