Генератор высоковольтных прямоугольных импульсов

 

(72) Авторы изобретения

Научно" производственное объединение "Эн (7l) Заявитель а1 .i 3. r рдс. т;уОТ „ (54) ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЪТНЪ|Х

ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники и может быть использовано для питания ускорителей заряженных частиц и ре,лятивистских СВЧ-приборов.

Известен генератор высоковольтных импульсов на двойной линии Блюмляйна, позволяющий получать на согласованной нагрузке прямоугольные импульсы с высоким КПД и амплитудой равной амплитуде зарядного напряжения (1 J.

Однако при работе на несогласованную нагрузку, в частности, когда сопротивление нагрузки значительно больше волнового сопротивления линии, импульс на нагрузке имеет ступен- 5 чатую форму и КПД передачи энергии в нагрузку при заданной длительности импульса весьма мал.

Наиболее близким техническим ре20 шением к данному изобретению является генератор прямоугольных импульсов, содержащий два источника зарядного напряжения разной полярности, два за2 рядных сопротивления, три формирующих линии одинаковой электрической длины с равными волновыми сопротивлениями, коммутирующий элемент и нагрузку, соФ противление которой равно волновому сопротивлению формирующих линий, и позволяющий получать на такой нагрузке импульсы напряжения удвоенной амплитуды при высоком КПД передачи энергии в нагрузку (2).

Недостатки такого генератора следующие. Линия, к одному из концов которой подключен коммутирующий элемент, заряжается до напряжения равного удвоенному зарядному, что создает трудности при построении генератора на высокие импульсные напряжения 0,51 MB. При работе на несогласованную нагрузку импульс напряжения также имеет ступенчатую форму, что ухудшает КПД передачи энергии в нагрузку. Зачастую нагрузки генераторов высоковольтных импульсов, в частности

96686

На фиг. 1 изображена принципиальная схема генератора; на фиг. 2 - типичный импульс напряжения на нагрузке.

Генератор содержит источник заряд45 ного напряжения 1, который через зарядное сопротивление 2 подключен к месту стыка двух замкнутых в кольцо линий 3 и 4 с разными волновыми сопротивлениями. Сопротивление нагрузки 5 включено в середину, линии 3 с волновым сопротивлением р с . Величина сопротивления нагрузки удовлетворяет неравенству R>) max у„, р .

Коммутирующий элемент 6 включен на одном из стыков линий 3 и 4.

Устройство работает следующим образом.

СВЧ-приборы, являются нелинейными, т.е; величина нагрузки в течение времени импульса может меняться в широких пределах.. При использовании

СВЧ-приборов в энергетике весьма важ- но получение высокого КПД передачи электрической энергии источника питания в условиях работы с нелинейной нагрузкой. В некоторых случаях удобно построение накопительных элементов 1р генераторов прямоугольных импульсов в виде линий с волновым сопротивлением меньшим, чем сопротивление нагрузки.

Цель изобретения — расширение функ 1 циональных возможностей путем получения на несогласованной, в частности переменной во времени, нагрузке высоковольтных прямоугольных импульсов удвоенной амплитуды относительно заряд- щ ного напряжения при напряжении на формирующих линиях равном зарядному и,сохранении высокого КПД передачи энергии в нагрузку.

Указанная цель достигается тем, д что в генераторе высоковольтных прямоугольных импульсов, содержащем две формирующие линии одинаковой элект0 рической длины, подключенные через зарядное сопротивление к источнику зв зарядного напряжения, коммутирующий элемент и нагрузку, формирующие линии выполнены с разными волновыми сопротивлениями меньшими, чем сопротивление нагрузки, и замкнуты в кольцо, причем нагрузка включена в середину линии с меньшим волновым сопротивлением, а коммутирующий элемент подключен на одном из стыков двух линий.

3 4

После заряда линий 3 и 4 от источника 1 (через зарядное сопротивление 2) замыкается коммутирующий элемент.6. В обе стороны от него начинает распространяться отрицательная волна напряжения, снимающая напряжение с линий 3 и 4. Когда эта волна достигает сопротивления нагрузки 5, она отражается от него с тем же знаком и амплитудой, отличающейся от начальной тем меньше, чем больше отношение R„/ð„. Влево от нагрузки 5 распространяется отрицательная волна l 1 с малой амплитудой равной к 0

I Р „+ я, 0 где Ua - амплитуда зарядного напряжения. Следовательно, справа и слева от нагрузки .после отражения волны действуют напряжения противоположной полярности, близкие к Uo, т.е. напряжение на нагрузке приближается к удвоенному значению зарядного напряжения.

Отрицательная волна, распространяющаяся влево по линии 4, проходит через левый стык линий 3 и Й, изменяя полярность и амплитуду, а отраженная от нагрузки 5 отрицательная волна, распространяющаяся вправо, дойдя до стыка линий, в котором помещен коммутирующий элемент, снова отражается назад уже с положительным знаком и снимает отрицательное напряжение с участка линии вправо от нагрузки. После еще одного отражения ее от нагрузки справа и слева от последней действуют мало отличающиеся друг от друга положительные напряжения, если линия еще не до конца передала свою энергию нагрузке. При этом формируется малый выброс отрицательной амплитуды.

Как показали эксперименты íà генераторе, построенном из линий на

LC-ячейках, КПД такого устройства весьма высок и слабо зависит от величины сопротивления нагрузки, если выполнено неравенство R 7, g y) p„.

КПД генератора можно определить выражением 1 = ) U dt/ U dt, где г о

0 — напряжение на нагрузке; 7ф — длительность фронта импульса напряжения по уровню 0,9; Т - период следования импульсов; Т - время начала спада напряжения по уровню 0,9.

При R„v, р 7i8p< и числе ячеек в линии n > 8К ТД, вычисленный по кри9668 формула изобретения

Генератор высоковольтных прямоугольных импульсов, содержащий две формирующие линии одинаковой электрической длины, подключенные через зарядное сопротивление к источнику зарядного напряжения, коммутирующий элемент и нагрузку, о т л и ч а юшийся . тем, что, с целью расши5 вым аналогичным кривым фиг. 2, не ниже 851. Длительность основной части импульса определяется временем пробега волны вдоль одной из линий.

Обладая вышеуказанными пре мущест- s вами предложенный генератор является и более простым, так как в нем используется только один источник зарядного напряжения и две формирующие линии вместо трех. 1О

63 4 рения функциональных возможностей путем получения на несогласованной нагрузке высоковольтных прямоугольных импульсов удвоенной амплитуды относительно зарядного напряжения при напряжении на формирующих линиях равном зарядному и сохранении высокого

КПД передачи энергии в нагрузку, формирующие линии выполнены с разными волновыми сопротйвлениями меньшими, чем сопротивление нагрузки, и замкну -. ты в кольцо, причем нагрузка включена в середину линии с меньшим волновым сопротивлением, а коммутирующий элемент подключен на одном из стыков двух линий.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ицхоки Я.С. Импульсная техника.

"Сов. радио", 1949.

2. Авторское свидетельство СССР

N 508910, кл. H 03 K 3/02, 1975.

Фиг.1

966863

Тираж 959 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 7899/75

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Ермаков

Редактор О.Колесникова Техред С.Мигунова Корректор Н. Буряк