Генератор прямоугольных импульсов напряжения

Изобретение относится к генераторам преимущественно наносекундных и микросекундных прямоугольных, без последующих колебаний, импульсов напряжения большой амплитуды, которые могут быть использованы для испытаний электроизоляционных материалов, а также в импульсных системах питания таких нагрузок, как лампы накачки твердотельных лазеров, лазерные диоды, магнетроны, высоковольтные испытательные стенды. Технический результат заключается в получении одиночных импульсов напряжения прямоугольной формы. Технический результат достигается за счет использования однородной искусственной формирующей линии, согласованной нагрузки и системы коррекции формы импульса, состоящей из последовательно соединенных корректирующей емкости и сопротивления, и подключенной параллельно к ним формирующей (линии) с распределенными параметрами, имеющей волновое сопротивление, равное сопротивлению нагрузки, и электрическую длину, равную половине длительности фронта импульса, полученного без применения данной формирующей линии. 1 ил.

 

В импульсной технике широкое применение нашли генераторы импульсных напряжений при прямом разряде конденсатора или выполненные по схеме Аркадьева-Маркса [1]. В режиме генерирования импульса напряжения генератор представляет собой последовательную цепь конденсаторов, образующих ударную емкость С_г, которая, будучи подключенной к резистивной нагрузке R, разряжается с характерным временем RC_г, так что форма импульса на нагрузке, если паразитные индуктивность и емкость достаточно малы, имеет вид

где n - число ступеней генератора, V₀ - напряжение заряда каждой ступени.

Экспоненциальная форма импульса напряжения не всегда приемлема, и поэтому для получения прямоугольного импульса применяются схемы коррекции формы импульса напряжения.

Известен генератор импульсных напряжений, в котором коррекция формы вершины импульса происходит благодаря разряду корректирующей емкости через резистор [2]. Недостаток такого генератора состоит в выраженной неравномерности формы вершины импульса. Это связано с тем, что начальный участок экспоненциально уменьшающегося напряжения генератора, подвергаемый коррекции, имеет практически линейный характер, а корректирующее напряжение изменяется по времени нелинейно, так как представляет собой полный экспоненциальный разряд корректирующей емкости через резистор.

Известны генераторы импульсов напряжения прямоугольной формы, в которых корректирующая цепочка состоит из по крайней мере одного конденсатора, шунтированного индуктивностью, коммутация которых происходит отдельным разрядником [3], [4]. Недостатком таких устройств является сложность электрической схемы, вызванная необходимостью иметь дополнительный коммутатор и блок управления для синхронного управления разрядником.

Также в импульсной технике широкое применение нашли генераторы импульсных напряжений, содержащие однородные искусственные линии [6], имеющие трапецеидальную форму импульса на согласованной нагрузке. Одним из важных параметров импульса являются форма вершины импульса и его фронта. Для получения импульсов напряжения с крутым передним фронтом и плоской вершиной применяются корректирующие цепочки [5], [6]. Тем не менее эти корректирующие цепочки не позволяют получить на согласованной нагрузке импульс, по форме близко приближающийся в передней части к прямоугольному.

В наносекундном диапазоне длительностей приближение к нужной форме импульса может быть достигнуто применением формирующих линий с распределенными параметрами. Однако при увеличении длительности импульса использование таких линий становится затруднительным из-за необходимости соответствующего увеличения их длины.

По критерию минимальной достаточности наиболее близким является генератор по патенту RU 2102834.

Преимуществом заявленного генератора по сравнению с известными является получение на согласованной нагрузке одиночных трапецеидальных импульсов напряжения микро и наносекундных длительностей с формой, близко приближающейся в передней части к прямоугольной при использовании относительно простой электрической схемы.

Это достигается в данном изобретении с помощью схемы, содержащей однородную искусственную формирующую линию, согласованную нагрузку, коммутатор, источник зарядного напряжения, систему коррекции формы импульса, отличающийся тем, что система коррекции содержит последовательно соединенные корректирующие емкость и сопротивление, и подключенную параллельно к ним формирующую линию с распределенными параметрами, имеющую волновое сопротивление, равное сопротивлению нагрузки, и электрическую длину, равную половине длительности фронта импульса, полученного без применения данной формирующей линии.

На рисунке 1 представлена принципиальная электрическая схема генератора импульсов.

Генератор работает следующим образом. Однородная искусственная формирующая линия (на рисунке выделена пунктирной линией) (5) заряжается через сопротивление (2) от источника зарядного напряжения (1). При замыкании управляемого коммутатора (3) однородная искусственная формирующая линия (5) разряжается на нагрузку (4). Уменьшение длительности фронта импульса происходит из-за разряда линии также на последовательно соединенные корректирующие емкость (6) и сопротивление (7) и подключенную параллельно к ним формирующей линии с распределенными параметрами (8).

Результативность и эффективность использования предлагаемого генератора состоит в следующем. Описанное конструктивное исполнение генератора позволяет получить одиночные импульсы напряжения микро и наносекундных длительностей прямоугольной формы с использованием относительно простой электрической схемы и может быть применено на практике для испытаний электроизоляционных материалов и электрорадиоизделий на импульсную электрическую прочность, а также в импульсных системах питания таких нагрузок, как лампы накачки твердотельных лазеров, лазерные диоды, магнетроны, высоковольтные испытательные стенды.

Источники информации

1. Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника. - М.: Наука, 2004.

2. Патент RU 2012129 С1. Генератор импульсов высокого напряжения.

3. Патент RU 2102834 С1. Генератор импульсов высокого напряжения прямоугольной формы.

4. А.С. СССР SU 1465949 A2. Генератор импульсов высокого напряжения.

5. Евтьянов СИ., Редькин Г.Е. Импульсные модуляторы с искусственной линией. / М., Советское радио, 1973.

6. Опре В. Генераторы прямоугольных импульсов тока на основе однородных искусственных линий. //Силовая электроника, 2008, №1. С.56-61.

Генератор прямоугольных импульсов напряжения, содержащий однородную искусственную формирующую линию, согласованную нагрузку, коммутатор, источник зарядного напряжения, систему коррекции формы импульса, отличающийся тем, что система коррекции содержит последовательно соединенные корректирующие емкость и сопротивление и подключенную параллельно к ним формирующую линию с распределенными параметрами, имеющую волновое сопротивление, равное сопротивлению нагрузки, и электрическую длину, равную половине длительности фронта импульса, полученного без применения данной формирующей линии.