Генератор импульсов высокого напряжения

 

Применение: генератор импульсов высокого напряжения относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использован в качестве источника импульсного высокого напряжения в ускорителях заряженных частиц, а также при испытаниях высоковольтной аппаратуры. Сущность изобретения: устройство содержит емкостный накопитель и зарядные резисторы, дополнительно введенные инжекционный тиратрон 3, работающий в жестком режиме, жесткий модулятор 1, блок синхронизации 4. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВПИК (si)s Н 03 К 3/53

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Л г4 ь :

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4866924/21 (22) 14.09.90 (46) 30.04.93. Бюл. М 16 (71) Московский радиотехнический институт

AH СССР (72) В.И. Крицкий (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 978332, кл. Н 03 К 3/53, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Q 1465949, кл. Н 03 К 3/53, 1987. (54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО

НАПРЯЖЕНИЙ Ы 1812614 А1 (57) Применение: генератор импульсов высокого напряжения относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использован в качестве источника импульсного высокого напряжения в ускорителях заряженных частиц, а также при испытаниях высоковольтной аппаратуры. Сущность изобретения: устройство содержит емкостный накопитель и зарядные резисторы, дополнительно введенные инжекционный тиратрон 3, работающий в жестком режиме, жесткий модулятор 1, блок синхронизации 4. 3 ил.

1812614

Предлагаемое устройство относится к высоковольтной импульсной технике и может применяться в качестве источника импульсного высокого напряжения в ускорителях заряженных частиц, а также при испытаниях высоковольтной аппаратуры.

Цель изобретения — расширение частотного диапазона и улучшение прямоугольности выходного импульса при одновременном повышении КПД и надежности.

Все модуляторы работает в жестком режиме.

На фиг. 1 показана схема устройства; на фиг. 2- схема инжекционного тиратрона; на фиг, 3 — эп|оры напряжений.

На чертежах приняты следующие обозначения.

На фиг. 1; 1 — модулятор общей шины

20 г.и.н, Аркадьева-; 2 — модулятор шины питания; 3- модулятор емкостного накопителя г.и.н. (инжекционный тиратрон); 4— блок управления; 5 — генератор АркадьеваМаркса; 6 — шина питания; 7 — нагрузка, 25

В генератор Аркадьева-Маркса (5) входят: С0 — накопительная емкость г,и.н.; В0— зарядный резистор; Rd — демпфирующий резистор; Pp — разрядник; Д вЂ” диод развязки цепей заряда и разряда r.è.í. 30

На фиг. 2: модулятор 3 — инжекционный тиратрон; 1 — электронная пушка (ЭП); 2— газоразрядная камера.; 3 — фольга, 4 -электрод разрядного промежутка; ИВН вЂ” источник электронной пушки, 35

На фиг. 3: а — ток модуляторов 1,2; б— напряжение на сетке ЗП; в — напряжение на аноде модулятора 3; г — напряжение на нагрузке; д — запускающий импульс от блока управления 4, 40

Устройство представляет собой каскадный генератор напряжений по схеме Аркадьева-Маркса (г.и.н.) со следующими дополнениями: — модулятор 3 на инжекционном тират- 45 роне соединяет первый конденсатор емко стного накопителя г.и.н. со стороны шины питания (1-й вход г.и.н. 5) с общей шиной; — второй вход генератора 5соединяется через модулятор 1, работающий в жестком 50 режиме, с общей шиной;

- модулятор 2, вход и выход которого соединены соответственно с шиной питания 6 и третьим входом генератора 5; — блок управления 4 синхронизирует во 55 времени работу модуляторов 1;2;3 и формирует импульс поджига управляемого разрядника генератора 5. Выход первый блока управления соединен с входом 5 генератора

5, выход второй — с управляющим входом модулятора 1 и 2, выход третий — с управляющим входом модулятора 3, Перечисленные устройства, введены дополнительно в схему Аркадьева-Маркса, в совокупности с диодами, установленными в каждой ступени, позволяет полностью . развязать зарядные и разрядные цепи генератора, увеличить частоту повторения импульсов и уменьшить потери в зарядных цепях во время генерации высоковольтного импульса напряжения, а также полностью отказаться от среза высоковольтного импульса напряжения, что резко повышает

КПД генератора и увеличивает надежность схемы при формировании прямоугольных импульсов с крутыми фронтами.

Устройство работает следующим образом.

При заряде емкостного накопителя генератора n Ño (где и — число ступеней генератора, Со — емкость одной ступени) модуляторы 1 и 2 открыты. По окончании заряда емкостного накопителя модуляторы

1 и 2 закрываются — генератор подготовлен для генерации высоковольтного импульса напряжения..

Длительность тй и частота повторения

F< высоковольтных импульсов напряжения

U> задаются синхроимпульсами от флока . управления 4, подаваемыми на модулятор 3 . и модуляторы 1, 2.

Рабата инжекционного тиратрона — модулятора 3, происходит следующим образом. Модулятор 3 состоит из двух частей (см. фиг. 2), газоразрядной камеры 2, в которой находится рабочий газ под давлением р-1-10 атм,(род рабочего газа и давление выбираются из заданных электрических характеристик; объемный газовый разряд за- " ключен между электродом 4 и фольговым окном 3) и электронной пушки 1 в диодном или триодном исполнении. Объемы газоразрядной камеры и электронной пушки разделены фольговым узлом с окном, закрытым фольгой 3, через которую проходит пучок электронов в газоразрядную камеру и ионизирует рабочий газ в разрядном объеме на заданное время импульса t< .

Инжекционный тиратрон при обрыве тока выдерживает обратное напряжение

О,др, многократно превышающее прямое

Оо; Ообраз О(), где k 1-20 зависит от рода рабочего газа, давление р в разрядной камере, длительности r и частоты повторения импульса F . Для увеличения частоты повторения F> организуется подув рабочего газа в газоразрядной камере.

После срабатывания модулятора 3 срабатывают искровые разрядники Рр1-PpN, 1812614 ки зарядных и разрядных цепей емкостного накопителя.

Для более надежного их срабатывания первые разрядники Рр1, Рр2 устанавливают в

2. Повышения надежности эа счет того. что все элементы схемы генератора в слутригатронном исполнении, что обеспечивает ультрафиолетовую подсветку остальных.

Тригатронные разрядники поджигаются от 5 чае режима частичного разряда накопигенератора, расположенного в блоке управ- тельной емкости работают в номинальном ления4.Искровыеразрядникидолжныбыть для них режиме, тогда как при работе re с продувом рабочего газа со скоростью, нератораврежимесрезавысоковольтного обеспечивающей заданную частоту повто- импульса напряжения, т.е. короткого зарениявысоковольтныхимпульсов напряже- 10 мыкания на "землю" с большими токами, ния. . комплектующие элементы находятся под

Таким образом, при одновременном большими перегрузками, что приводит к срабатывании модулятора 3 и разрядников преждевременному износу их и выводу иэ

Рр1 PpN конденсаторы ступеней Ср пере- строя, а следовательно, к резкому снижеключаются из параллельного в последова- 15 we надежности генератора. Это касается в тельное положение (напряжение на них основном конденсаторов емкостного накосуммируется V>=AVE) и разряжаются на на- пителя Со, зарядных Ro и демпфирующих Rd грузку 7 в течение заданной длительности резисторов, коммутирующих разрядников, импульса t . Пс окончании импульса t тригатронов, запускающих устройств, Нагазоразрядный модулятор 3 переходит в не- 20 пример, широко применяемые в г.и,н. конпроводящее состояние — цепь, соединяю- денсаторы типа ИК-100-0,4 имеют щая конденсаторы с общей шиной, максимально допустимую амплитуду разобрывается, искровые разрядники гаснут, рядного тока lp&0 кА, а при срезе ток на схема переходит в исходное состояние и "землю" достигаетвеличины 4 =10 кА, что конденсаторы ступеней r.è.í. 5 становятся 25 приводиткрезкомуснижениюихнаработки ! вновь параллельно соединенными, подза- на отказ. ряжаются на количество энергии, затрачен- 3. Расширения функциональных возной в нагрузке 7 в течение импульса t, можностей, т.е. предлагаемая схема позвокоторая является небольшой частью знер- ляет перейти от однократного режима гии, запасенной в емкостнам накопителе 30 работы r.è.í„êîòoðûé обусловлен полным и Со. разрядом емкостного накопителя при среТаким образом осуществляется воэ- зе высоковольтного импульса, большим можность работы г,и.н, в режиме частичного номиналом зарядных резисторов и, следоразряда накопительной емкости и достиже- вательно, длительным временем его заряда ния поставленной цели., - 35 Тз -10-60 с, — к частотному, за счет того что .1.СущественногоповышенияКПДгене- емкостный накопитель разряжается лишь ратора импульсов высокого напряжения. частично на 1-10Д за время генерации выBо-первых, эа счет того, что генератор ...: соковольтного импульса т, достигается работает в режиме частичного разряда на- полная развязка зарядных и разрядных цекопительной емкости и, следовательно, вся 40 пей г,и,н, (за счет работы модуляторов 1, 2, расходуемая энергия емкостного накопите- 3 и диодов Д), уменьшены номиналы зарядля за время r> реализуется в нагрузке 7, ных резисторов R< и, следОвательно, сущетогда как при использовании схемы среза ственно сокращено время подзаряда для получения квазипрямоугольного высо-,- емкостного накопителя. Таким образом рековольтного импульса напряжения генера-:45 ализуется увеличение частоты повторения тор в момент, соответствующий заднему . Ед высоковольтных квазипрямоугольных фронту импульса топ, закорачивается на . импульсов напряжения г,и.н, "землю", и вся запасенная энергия накопи- Ф î р м у л а и з о б р е т е н и я

: .теля (за вычетом энергии, реализуемой в Генератор импульсов высокого напря: нагрузкеза% )уходит в "землю".Энергия в 50 жения, содержащий генератор импульсов нагрузке ец„значительно меньше энергии, по схеме Аркадьева-Маркса, шину питания, . расходуемой на закоротку с,, т.е. е „«а, . выходную шину и лок управления, первый

Яо вго х не необхо и о и и им выход ко ОРого соединен с по ига щими нении дополнительного источника высоко- электрод™и первых каскадов генератора го напряжения для организации среза импульсов по схеме Аркадьева-Маркса, от55 высоковольтного импульса г.и.н.

В т етьих экономится запасенной рения частотного диапазона и улучшения

1 энергии накопителя за счет полной развяз- прямоугольности выходного импульса при одновременном повышении КПД и надеж1812614 ности, в него-введены первый и второй модуляторы и модулятор на инжекционном тиратроне. соединенный последовательно между общей шиной и первым входом генератора импульсов по схеме Аркадьева-Мар- 5 кса, второй вход которого соединен с общей шиной через первый модулятор, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока управления и управляющим

10 входом второго модулятора, вход и выход которого соединены соответственно с шиной питания и третьим входом генератора импульсов по схеме Аркадьева-Маркса, выход которого через разделительный разрядник соединен с выходной шиной, при этом управляющий вход модулятора на инжекционном тиратроне.,соединен с третьим вых дом блока упрввлейия.

1812614

Составитель 8. Крицкий.

Техред Ц. Моргентал Корректор МЛкач

Редактор А, Егорова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1579 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .

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