Генератор мощных наносекундных импульсов

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для систем питания мощных лазеров, в видеоимпульсной радиолокации и т.д. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей - достигается в результате обеспечения возможности регулирования частоты следования импульсов. Предложенный генератор содержит источник 1 постоянного тока, зарядные элементы 2, 14, 15, ключи 3, 16 и 17, индуктивные накопители 4, 7, 9, 10, размыкающие элементы 5 и 8, конденсаторы 6, 11, 12, разделительный диод 13, выходную шину 18. Элементы 5 и 8 выполнены на дрейфовых диодах с резким восстановлением. Величины элементов LC-контура - емкость конденсатора 6 и индуктивность накопителя 4 - выбраны с таким расчетом, чтобы обеспечить необходимую для работы размыкающего элемента 5 амплитуду импульса прямого тока и его длительность. 2 ил.

Изобретение относится к мощной импульсной технике и может быть использовано для систем питания мощных лазеров, в видеоимпульсной радиолокации и т.д. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности регулирования частоты следования импульсов. На фиг. 1 показана электрическая принципиальная схема генератора; на фиг.2 - временные диаграммы его работы. Генератор мощных наносекундных импульсов содержит последовательно соединенные, включенные между первой и общей шинами источника 1 постоянного тока, зарядный элемент 2, первый ключ 3, первый индуктивный накопитель 4 и первый размыкающий элемент 5, выход зарядного элемента 2 подключен через первый конденсатор 6 к общей шине источника 1 постоянного тока, второй индуктивный накопитель 7 последовательно соединен с вторым размыкающим элементом 8, который подключен к общей шине источника постоянного тока, третий и четвертый индуктивные накопители 9, 10, второй и третий конденсаторы 11, 12, разделительный диод 13, второй и третий зарядные элементы 14, 15, второй и третий ключи 16, 17. Первый и второй размыкающие элементы 5, 8 выполнены на дрейфовых диодах с резким восстановлением и включены в прямом направлении к источнику 1 постоянного тока, входы второго и третьего зарядных элементов 14, 15 соединены между собой и подключены к входу первого зарядного элемента 2, выход первого зарядного элемента 14 соединен с входом первого ключа 16 и через последовательно соединенные второй конденсатор 11 и третий индуктивный накопитель 9 подключен к второму выводу первого индуктивного накопителя 4, который через последовательно соединенные четвертый индуктивный накопитель 10 и разделительный диод, включенный в обратном направлении к источнику 1 постоянного тока, подключен к выходной шине 18 и первому выводу второго индуктивного накопителя 7, второй вывод которого через третий ключ 17 соединен с первой обкладкой третьего конденсатора и выходом третьего зарядного элемента 15, вторая обкладка третьего конденсатора и выход второго ключа 16 соединены с общей шиной источника 1 постоянного тока. Устройство работает следующим образом. В исходном положении ключи 3, 16, 17 разомкнуты. Конденсаторы 6, 11, 12 заряжены через зарядные элементы 2, 14, 15 до напряжения источника 1 постоянного тока. В момент времени t_o замыкается ключ 3 и в LC-контуре элементов 2, 3, 4, 5 начинает протекать ток прямой для дрейфового диода 5 с резким восстановлением (ДДРВ) полярности (см. фиг.2а). Разделительный диод 13 препятствует протеканию тока LC-контура в ДДРВ 8. Величины элементов LC-контура - емкость конденсатора 6 и индуктивность накопителя 4 выбраны таким образом, чтобы обеспечить необходимые для работы ДДРВ 5 амплитуду прямого тока I₊ и его длительность T/2 (T/2 - полупериод колебаний LC-контура). Т.е. должны выполняться следующие соотношения: L = ρ ; C = , где ρ - волновое сопротивление LC-контура, величина которого определена как ρ = U_o/U₊; U_o - напряжение источника постоянного тока. В момент времени t₁, задержанный относительно t_o на T/2, замыкается ключ 16 во втором LC-контуре (элементы 5, 9, 11, 16), обеспечивая протекание через ДДРВ 5 тока обратной полярности (см. фиг.2б). Ключ 17 в третьем контуре (элементы 7, 17, 12, 8) обеспечивает протекание через ДДРВ 8 тока прямой полярности (см. фиг.2д). Отметим, что одновременность включения ключей 16, 17 не является обязательным условием, а только упрощает схему управления ключами. Как видно из фиг.2а и 2б первая полуволна LC-контура (элементы 5, 9, 11, 16) находится в фазе с второй полуволной LC-контура (элементы 7, 17, 12, 8) и поэтому ток обратной полярности через ДДРВ 5 будет равен сумме токов этих полуволн. Согласно физике работы, ДДРВ обрывает ток, протекающий через него, когда величина заряда, вынесенная из него обратным током, будет равна величине заряда, внесенного прямым током. Следовательно, если второй LC-контур сделать с параметрами (ρ ,T), равными параметрам первого LC-контура, то обрыв тока через ДДРВ 5 произойдет в момент t₁ = 3T/4, когда суммарный ток обратной полярности через ДДРВ 5 будет максимальным (фиг. 2в). Действительно, в момент t₁I_- = 2I₊ I (I- - амплитуда тока обратной полярности, I₊ - амплитуда тока прямой полярности) и заряд, внесенный в ДДРВ током прямой полярности Q₊= Isin tdt = , равен заряду, вынесенному из ДДРВ током обратной полярности Q_-=2Isin tdt = - т.е. / Q_- / = /Q₊ / . На фиг. 2г показано падение напряжения на ДДРВ 5. На этапе t₁-t₀ = T/2 падение напряжения мало (1-2 В). В момент времени t₁, когда ток через ДДРВ 5 меняет знак, падение напряжения на ДДРВ 5 тоже меняет знак, но остается малым по величине (несколько вольт), вплоть до момента t = 3T/4, соответствующего началу обрыва тока, и затем возрастает до величины U_L = L^*di/dt (L^* - эффективное значение индуктивности, определяемое величинами параллельно включенных индуктивностей первого LC-контура и второго LC-контура, di/dt - скорость обрыва тока через ДДРВ 5). По мере уменьшения тока через ДДРВ 5 уменьшается и di/dt, что приводит к уменьшению UL, а следовательно, и к увеличению падения напряжения на ДДРВ 5 до величины, не превышающей значения напряжения источника постоянного тока. Таким образом, на ДДРВ 5 сформировался колоколообразный импульс напряжения, который через индуктивный накопитель (ИНЭ) 10 прикладывается к ДДРВ 8. Здесь необходимо отметить, что параметры третьего контура должны быть выбраны таким образом, чтобы к этому моменту времени (3Т/4) ток прямой полярности через ДДРВ 8 обращался в ноль. Тогда в момент времени t = 3T/4 через ДДРВ 8 начинает протекать ток обратной полярности с фронтом нарастания, равным фронту спада тока обратной полярности через ДДРВ 5. Когда ток обратной полярности через ДДРВ 5 обратится в ноль, ток обратной полярности через ДДРВ 5 достигнет максимальной величины. Если параметры третьего контура выбрать таким образом, чтобы заряд, внесенный в ДДРВ 8 током прямой полярности (Q₊= I₊(t)dt) равнялся вынесенному заряду током обратной полярности Q_-≃ (I_- - максимальное значение тока обратной полярности через ДДРВ 8; τ_фp- фронт нарастания тока обратной полярности), то ДДРВ 8 начнет восстанавливать свои блокирующие свойства в момент времени, когда ток обратной полярности через него достигнет максимальной величины. Очевидно, что для случая, рассмотренного в описании (ключи 16, 17 включаются одновременно), емкость С^' конденсатора 12 и индуктивность L' индуктивного накопителя 7 третьего LC-контура определяется как Lʹ= ρʹ ; Cʹ= ; где Тʹ и ρʹ - период и волновое сопротивление соответственно третьего LC-контура; Tʹ = T/2, ρʹ = U₀/I₊ʹ ; где I₊ʹ - амплитуда тока прямой полярности через ДДРВ 8 определяется из уравнений I sin tdt = ; I= = . На фиг. 2е приведена форма напряжения на ДДРВ 8, подключенного параллельно выходным клеммам генератора. Форма напряжения на ДДРВ 8 описывается на основе приведенных выше соображений, относящихся к описанию формы падения напряжения на ДДРВ 5.

Формула изобретения

ГЕНЕРАТОР МОЩНЫХ НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий последовательно соединенные между первой и общей шинами источник постоянного тока, зарядный элемент, первый ключ, первый индуктивный накопитель и первый размыкающий элемент, выход зарядного элемента подключен через первый конденсатор к общей шине источника постоянного тока, второй индуктивный накопитель последовательно соединен с вторым размыкающим элементом, который подключен к общей шине источника постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности регулирования частоты следования импульсов, в него введены третий и четвертый индуктивные накопители, второй и третий конденсаторы, разделительный диод, второй и третий зарядные элементы, второй и третий конденсаторы, разделительный диод, второй и третий зарядные элементы, второй и третий ключи, а первый и второй размыкающие элементы выполнены на дрейфовых диодах с резким восстановлением и включены в прямом направлении к источнику постоянного тока, входы второго и третьего зарядных элементов соединены между собой и подключены к входу первого зарядного элемента, выход первого зарядного элемента соединен с входом первого ключа и через последовательно соединенные второй конденсатор и третий индуктивный накопитель подключен к второму выводу первого индуктивного накопителя, который через последовательно соединенные четвертый индуктивный накопитель и разделительный диод, включенный в обратном направлении к источнику постоянного тока, подключен к выходной шине и первому выводу второго индуктивного накопителя, второй вывод которого через третий ключ соединен с первой обкладкой третьего конденсатора и выходом третьего зарядного элемента, вторая обкладка третьего конденсатора и выход второго ключа соединены с общей шиной источника постоянного тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002        

---