Устройство формирования импульсов

Изобретение относится к системам питания ускорителей заряженных частиц прямого действия, в частности к устройствам импульсного питания с индуктивными накопителями энергии. Технический результат заключается в формировании импульсов посредством двойной индуктивной формирующей линии, на согласованной нагрузке импульс с напряжением той же полярности, что и полярность напряжения источника, что является расширением арсенала средств того же назначения. Устройство формирования импульсов выполнено на основе двойной индуктивной формирующей линии, состоящей из двух одинаковых линий, к началу одной из которых подключен источник питания, на конце другой установлен дополнительный коммутатор. При его размыкании на согласованной нагрузке, включенной между линиями, формируется импульс, полярность напряжения которого совпадает с полярностью напряжения источника питания. 3 ил.

 

Изобретение относится к системам питания ускорителей заряженных частиц прямого действия, а точнее к устройствам импульсного питания с индуктивными накопителями энергии, предназначенными, например, для генерации импульсных сильноточных (несколько десятков кА) электронных пучков большой энергии (единицы МэВ) и длительности (десятки нс).

Для импульсного питания таких ускорителей наряду с устройствами формирования мощных импульсов, выполненных на емкостных накопителях энергии, используются импульсные устройства с индуктивными накопителями энергии, которые имеют ряд преимуществ перед первыми. К достоинствам устройств импульсного питания с индуктивными накопителями можно отнести способность индуктивного накопителя трансформировать напряжение источника (в 3÷5 раз), что позволяет обходиться сравнительно низковольтным источником. Кроме того они имеют лучшие весовые и габаритные характеристики по сравнению с емкостными накопителями, так как удельная плотность запасаемой энергии в реально-достижимых магнитных полях примерно на три порядка превышает удельную плотность энергии в электрических полях, технически реализуемых при сегодняшнем уровне развития науки.

Известно устройство импульсного питания [1], содержащий источник питания, коммутатор и двойную формирующую линию, состоящую из двух одинаковых искусственных линий с распределенными параметрами, между которыми параллельно им включена нагрузка.

Недостатком такого устройства являются большие вес и габариты. Это вызвано тем, что конденсаторы, в которых накапливается энергия, находятся длительное время под высоким напряжением источника питания, и для обеспечения их высокой электрической прочности они выполнены с большими линейными размерами их изоляционных промежутков, что и ведет к увеличению габаритов устройства.

Прототипом изобретения является устройство импульсного питания [2], электрическая схема которого изображена на рис. 1(а). Оно содержит источник питания (U0, Ru<<ρ), коммутатор (К) и двойную формирующую линию, состоящую из двух одинаковых линий (z1=z2=ρ, с электрической длиной l=τ0), между которыми параллельно им включена согласованная нагрузка (Rн=ρ/2), при этом вторая линия (z2=ρ) на выходе закорочена проводником (Rпр≈0).

Работа данного устройства происходит следующим образом. После замыкания коммутатора К начинается зарядка током от источника питания (U0, Ru<<ρ) индуктивностей формирующих линий до значения I0. Поскольку сопротивление Rпр≈0, установленного на конце второй линии z2=ρ, много меньше сопротивления нагрузки Rн=ρ/2 (Rпр шунтирует нагрузку), то протекающим током в этот момент по нагрузке можно смело пренебречь. Затем коммутатор К размыкается. Возникают волновые процессы, характер которых в период времени τ0<t<3τ0 изображен на диаграммах рис. 2. При этом на нагрузке формируется импульс со следующими параметрами: Uн=-I0⋅ρ/2, Iн=I0 и tu=2τ0.

Недостатком такого устройства является то, что напряжение сформированного импульса Uн=-I0⋅ρ/2 имеет противоположную полярность напряжению источника U0. В реальных конструкторских решениях, где в качестве электрической изоляции часто используются полярные диэлектрические среды (например, деионизованная вода, глицерин, трансформаторное масло) и коэффициент трансформации сравнительно невысок (к ~ Uн/U0<3), важным является обеспечение одинаковой полярности напряжения формируемого импульса Uн и напряжения источника U0. Это позволяет уменьшить габариты и выполнить более рационально внутреннюю компоновку элементов устройства. Так, например, для ускорителей электронов, где на нагрузке - вакуумном диоде формируется импульс напряжения отрицательной полярности, для достижения сформулированных выше целей желательно и на источнике иметь ту же отрицательную полярность напряжения, так как в этом случае предельно-допустимая величина пробивной напряженности электрического поля примерно в 1,5 раза выше, чем при положительной полярности. Это сегодня успешно реализуется в большинстве существующих конструкциях ускорителей электронов на емкостных формирующих линиях.

Целью данного изобретения является устройство формирования импульсов, позволяющее посредством двойной индуктивной формирующей линии формировать на согласованной нагрузке импульс с напряжением той же полярности, что и полярность напряжения источника.

Указанная цель достигается тем, что вместо Rпр≈0 на конце второй линии z2=ρ устанавливается дополнительный замкнутый коммутатор К1. Электрическая схема предлагаемой системы формирования импульсов изображена на рис. 1(б). Источник питания (U0, Ru<<ρ) подключен к входу первой формирующей линии z1=ρ, к выходу которой подключены параллельно согласованная нагрузка Rн=ρ/2 и вход второй формирующей линии z2=ρ, выход которой, в свою очередь, закорочен дополнительным замкнутым коммутатором К1.

Работа устройства формирования импульсов происходит следующим образом. После замыкания коммутатора К начинается зарядка током от источника питания (U0, Ru<<ρ) индуктивностей формирующих линий (z1=z2=ρ, с электрической длиной l=τ0) до значения тока I0. Затем дополнительный коммутатор К1 размыкается. Возникают волновые процессы, характер которых в период времени τ0<t<3τ0 изображен на диаграммах рис. 3. При этом на нагрузке формируется импульс со следующими параметрами: Uн=I0⋅ρ/2, Iн=I0 и tu=2τ0. Полярность напряжения сформированного на нагрузке импульса (Uн=I0⋅ρ/2) совпадает с полярностью напряжения источника питания (U0).

Источники информации

1. Патент США №4.024.430, кл. H03K 5/08, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР №759042, кл. H05H 5/02, 1981.

Устройство формирования импульсов, содержащее источник питания, коммутатор, первую и вторую индуктивные формирующие линии, параллельно которым включена согласованная нагрузка, отличающееся тем, что источник питания подключен ко входу первой индуктивной формирующей линии, к выходу которой подключены параллельно согласованная нагрузка и вход второй индуктивной формирующей линии, на выходе которой включен дополнительный коммутатор таким образом, что при замыкании коммутатора на источник питания при замкнутом состоянии дополнительного коммутатора осуществляется зарядка током от источника питания индуктивностей формирующих линий, а при размыкании дополнительного коммутатора с возникновением волновых процессов на согласованной нагрузке формируется импульс с заданными параметрами и с полярностью, совпадающей с полярностью источника питания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам электрического питания газоразрядных систем, использующих для генерации плазмы барьерный разряд, и может быть применено, в частности, для питания озонаторов, плазменных реакторов, предназначенных для реакций синтеза, конденсации, полимеризации, а также медицинских приборов и устройств обеззараживания.

Изобретение относится к устройствам преобразования электрической энергии постоянного тока, в частности к устройствам электропитания радиопередатчика, снабженных выходным СВЧ-прибором, таким как магнетрон, клистрон ЛБВ, ЛОВ и т д.

Группа изобретений относится к электронной схеме постоянного тока для подачи питания на нагрузку и способу ее работы. Технический результат – обеспечение защиты электронной схемы за счет ограничения входного тока и защиты от чрезмерных напряжений.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при разработке СВЧ-аппаратуры различного назначения, в частности для шумовой радиолокации, радиовидения и медицины.

Изобретение относится к устройствам приема и передачи информации по проводным линиям связи. Может быть использовано для приема и передачи импульсных сигналов произвольной длительности в системах автоматического управления и системах сбора и обработки информации.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения содержит высоковольтный источник (1) постоянного напряжения, индуктивную нагрузку (9), два управляемых ключа (7) и (12) управляемый переключатель (41), а также последовательно соединенные между собой конденсатор (31), диод (30) и дополнительный управляемый переключатель (47), управляемый преобразователем (52) длительности импульсов, поступающих от генератора (21) импульсов прямоугольной формы.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для разрушения объектов электроимпульсным способом. Технический результат - повышение эффективности выделения энергии в канале разряда в разрушаемом объекте.

Система импульсно-периодической зарядки (СИЗ) с промежуточным емкостным накопителем относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использована при разработке мощных импульсно-периодических ускорителей электронов и СВЧ-генераторов на их основе.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке средств радиоэлектронного подавления приемных устройств потребителей глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), в частности, размещаемых на самолетах, крылатых ракетах, беспилотных летательных аппаратах, в системах высокоточного оружия и т.д.

Изобретение относится к устройству генерации случайных чисел для предоставления случайного числа. Техническим результатом является получение реального случайного числа, которое невозможно предсказать или сгенерировать при помощи аналогичного устройства.

Изобретение относится к системам питания ускорителей заряженных частиц прямого действия, в частности к устройствам импульсного питания с индуктивными накопителями энергии. Технический результат заключается в формировании импульсов посредством двойной индуктивной формирующей линии, на согласованной нагрузке импульс с напряжением той же полярности, что и полярность напряжения источника, что является расширением арсенала средств того же назначения. Устройство формирования импульсов выполнено на основе двойной индуктивной формирующей линии, состоящей из двух одинаковых линий, к началу одной из которых подключен источник питания, на конце другой установлен дополнительный коммутатор. При его размыкании на согласованной нагрузке, включенной между линиями, формируется импульс, полярность напряжения которого совпадает с полярностью напряжения источника питания. 3 ил.

Наверх