Формирования импульсов сети ( PFN ) представляет собой электрическую цепь , которая накапливает электрическую энергию в течение сравнительно длительного времени, а затем освобождает накопленную энергию в виде относительно квадратного импульса сравнительно короткой продолжительности для различных импульсных силовых применений. В PFN компоненты накопителя энергии, такие как конденсаторы , катушки индуктивности или линии передачи , заряжаются с помощью источника высокого напряжения , а затем быстро разряжаются в нагрузку через высоковольтный переключатель , такой как искровой разрядник.или водородный тиратрон . Частота повторения колеблется от единичных импульсов до примерно 10 4 в секунду. PFN , которые используются для производства однородных электрических импульсов малой длительности для питания устройств , таких как клистронные или магнетрон трубки генераторы в радиолокационных наборах, импульсные лазеры , ускорители частиц , flashtubes и высоковольтных испытательное оборудование утилита.
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/8/85/Pulse_forming_network_for_Nd_YAG_laser.jpg/440px-Pulse_forming_network_for_Nd_YAG_laser.jpg)
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/d/da/Shiva_star.jpg/440px-Shiva_star.jpg)
Большая часть исследовательского оборудования с высокой энергией работает в импульсном режиме, как для уменьшения рассеивания тепла, так и из-за того, что физика высоких энергий часто происходит в коротких временных масштабах, поэтому большие PFN широко используются в исследованиях высоких энергий. Они использовались для создания импульсов наносекундной длины с напряжением до 10 6 –10 7 вольт и током до 10 6 ампер с пиковой мощностью в тераваттном диапазоне, подобной ударам молнии .
Выполнение
PFN состоит из серии высоковольтных конденсаторов накопления энергии и катушек индуктивности . Эти компоненты соединены между собой как « лестничная сеть », которая ведет себя аналогично отрезку линии передачи . По этой причине PFN иногда называют « искусственной или синтетической линией передачи ». Первоначально электрическая энергия хранится в заряженных конденсаторах PFN с помощью высоковольтного источника постоянного тока. Когда PFN разряжается, конденсаторы разряжаются последовательно, создавая примерно прямоугольный импульс. Импульс передается на нагрузку по линии передачи . PFN должен быть согласован по сопротивлению с нагрузкой, чтобы предотвратить отражение энергии обратно в PFN.
PFN линии передачи
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/0/06/Charge_line_animation.gif/220px-Charge_line_animation.gif)
Длина линии передачи может использоваться в качестве сети формирования импульсов. [1] [2] Это может дать импульсы с практически плоской вершиной из-за неудобства использования кабеля большой длины.
В простом генераторе импульсов заряженной линии передачи (анимация, справа) отрезок линии передачи, такой как коаксиальный кабель , подключен через переключатель к согласованной нагрузке R L на одном конце, а на другом конце - к источнику постоянного напряжения V. через резистор R S , который велик по сравнению с волновым сопротивлением Z 0 линии. [1] Когда источник питания подключен, он медленно заряжает емкость линии через R S . Когда переключатель замкнут, на нагрузку подается напряжение, равное V / 2, заряд, накопленный в линии, начинает разряжаться через нагрузку с током V / 2 Z 0 , и скачок напряжения перемещается вверх по линии в направлении источник. [2] Исходный конец линии представляет собой примерно разомкнутую цепь из-за высокого R S , [1], поэтому ступенька отражается неинвертируемым образом и возвращается обратно по линии к нагрузке. В результате на нагрузку подается импульс напряжения с длительностью, равной 2 D / c , где D - длина линии, а c - скорость распространения импульса в линии. [1] Скорость распространения в типичных линиях передачи находится в пределах 50% от скорости света . Например, в большинстве типов коаксиальных кабелей скорость распространения составляет примерно 2/3 скорости света или 20 см / нс.
В мощных PFN обычно используются специализированные линии передачи, состоящие из труб, заполненных маслом или деионизированной водой в качестве диэлектрика, чтобы справиться с рассеиваемой большой мощностью. [2]
Недостатком простых генераторов импульсов PFN является то, что, поскольку линия передачи должна быть согласована с сопротивлением нагрузки R L для предотвращения отражений, накопленное в линии напряжение делится поровну между сопротивлением нагрузки и характеристическим сопротивлением линии, поэтому напряжение Импульс, приложенный к нагрузке, составляет только половину напряжения источника питания. [1] [2]
Линия передачи Blumlein
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/9/94/Blumlein_transmission_line_animation.gif/220px-Blumlein_transmission_line_animation.gif)
Схема линии передачи, которая позволяет обойти указанную выше проблему, создавая выходной импульс, равный напряжению источника питания V , была изобретена в 1937 году британским инженером Аланом Блюмлейном [3] и сегодня широко используется в сетях PFN. [1] В генераторе Блюмлейна (анимация, справа) нагрузка подключена последовательно между двумя линиями передачи одинаковой длины, которые заряжаются от источника постоянного тока на одном конце (обратите внимание, что правая линия заряжается через полное сопротивление Загрузка). [1] Чтобы инициировать импульс, переключатель закорачивает линию на стороне источника питания, в результате чего отрицательный скачок напряжения перемещается в сторону нагрузки. Так как характеристический импеданс Z 0 линии равен половине полного сопротивления нагрузки R L , скачок напряжения наполовину отражается и наполовину пропускается, [1] что приводит к двум симметричным скачкам напряжения противоположной полярности, которые распространяются вдали от нагрузка, создавая между ними падение напряжения V / 2 - (- V / 2) = V на нагрузке. Шаги напряжения отражаются от концов и возвращаются, завершая импульс. Как и в других генераторах линий заряда, длительность импульса равна 2 D / c , где D - длина отдельных линий передачи. [1] Вторым преимуществом геометрии Блюмлейна является то, что переключающее устройство может быть заземлено, а не размещено на стороне высокого напряжения линии передачи, как в типичной заряженной линии, что усложняет запускающую электронику.
Использование PFN
По команде высоковольтный переключатель передает энергию, хранящуюся в PFN, в нагрузку. Когда переключатель « срабатывает » (замыкается), сеть конденсаторов и катушек индуктивности внутри PFN создает примерно квадратный выходной импульс короткой продолжительности и большой мощности. Этот мощный импульс становится кратковременным источником высокой мощности для нагрузки.
Иногда между PFN и нагрузкой подключается специально разработанный импульсный трансформатор . Этот метод улучшает согласование импеданса между PFN и нагрузкой, чтобы повысить эффективность передачи мощности . Импульсный трансформатор обычно требуется при управлении устройствами с более высоким импедансом, такими как клистроны или магнетроны, от PFN. Поскольку PFN заряжается в течение относительно длительного времени, а затем разряжается в течение очень короткого времени, выходной импульс может иметь пиковую мощность в мегаватт или даже тераватт.
Комбинацию источника высокого напряжения, PFN, переключателя высокого напряжения и импульсного трансформатора (при необходимости) иногда называют « силовым модулятором » или « генератором импульсов ».
Смотрите также
- Импульсный (обработка сигнала)
- Генератор импульсов
- Импульсная мощность
- Тиратрон
- Тиристор
- Срабатывающие искровые разрядники
- Генератор Маркса
- Кроссатрон
- Импульсный лазер
- Радар
Рекомендации
- ^ a b c d e f g h я Хаддад, А .; Д.Ф. Варн (2004). Достижения в области техники высокого напряжения . ИЭПП. С. 600–603. ISBN 0852961588.
- ^ а б в г Месяц, Геннадий А. (2005). Импульсная мощность . Springer. С. 13–14, 125. ISBN 0306486547.
- ^ Патент Великобритания N 589127, Улучшение или относящийся к устройству для генерирования электрических импульсов , Алан Довер Блюмляйн, поданный 10 октября 1941, выданные 12 июня 1947.
Внешние ссылки
- Эрик Гейне, « Преобразование ». Электронный отдел NIKHEF, Амстердам, Нидерланды.
- Рипе, Кеннет Б., " Высоковольтная микросекундная импульсная сеть ". Обзор научных инструментов, том 48 (8), стр. 1028–1030. Август 1977 г. ( Аннотация )
- Гласо, Дж. Норрис , Лебакц, Жан В., « Генераторы импульсов », McGraw-Hill, Серия радиационной лаборатории Массачусетского технологического института, том 5, 1948.