генератор импульсов

Формула изобретения

Генератор импульсов, содержащий конденсаторную батарею, индуктивную нагрузку, первый тиристорный ключ и блок из последовательно соединенных диодов, при этом индуктивная нагрузка подключена через первый тиристорный ключ параллельно конденсаторной батарее, отрицательный вывод конденсаторной батареи, первый вывод индуктивной нагрузки и анодный вывод блока из последовательно соединенных диодов подключены к общей шине, отличающийся тем, что введены диод, последовательно соединенные ограничительный резистор, катушка индуктивности, второй тиристорный ключ и накопительный конденсатор, положительный вывод которого подключен к общей шине, при этом анод диода соединен с катодным выводом блока из последовательно соединенных диодов и другим выводом ограничительного резистора, катод диода соединен с вторым выводом индуктивной нагрузки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сильноточной электронике и может быть использовано в технике сильных магнитных полей.

Известен генератор импульсов с замыкателем нагрузки блока из последовательно соединенных диодов [1] содержащий последовательно соединенные конденсаторную батарею, разрядник основной цепи и индуктивную нагрузку (соленоид), параллельно которой включен замыкатель нагрузки блок из последовательно соединенных диодов, который включается в момент максимума тока в нагрузке, после чего ток в соленоиде спадает очень медленно за счет рассеяния в активном сопротивлении нагрузки и в блоке из последовательно соединенных диодов. Такой генератор используется для формирования импульсов с малым временем нарастания и медленным спадом, используемым для создания сильных магнитных полей. Недостатком генератора является малый срок службы разрядников и нестабильность их срабатывания. Известен также генератор импульсов, содержащий последовательно соединенные конденсатор, тиристорный ключ и индуктивную нагрузку, параллельно которой подсоединен блок из последовательно соединенных диодов [2]

В этом генераторе, приняты за прототип, после перехода тока нагрузки через максимум напряжения на нагрузке меняет знак и ток замыкается через блок из последовательно соединенных диодов, который смещается в проводящем направлении. Срок службы и стабильность срабатывания тиристорного ключа и блока из последовательно соединенных диодов высокие. Недостатком генератора является следующее. В первый момент после изменения напряжения на нагрузке и приложении напряжения в проводящем направлении к блоку из последовательно соединенных диодов ток через блок из последовательно соединенных диодов практически не протекает из-за большого начального сопротивления базовых слоев полупроводниковых диодов, а протекает через конденсаторную батарею. Вследствие этого начинается медленная перезарядка конденсаторной батареи и спад тока в индуктивной нагрузке по синусоидальному закону. Затем сопротивление базовых слоев диодов резко снижается вследствие заполнения электронно-дырочной плазмой, ток переходит в блок из последовательно соединенных диодов и спад его резко замедляется. Резкое изменение скорости спада создает мощное электромагнитное излучение, воздействующее на измерительные приборы и затрудняющее проведение экспериментов.

Задача изобретения уменьшение электромагнитного излучения генератора за счет уменьшения изменения скорости спада тока в индуктивной нагрузке при переходе тока в блок из последовательно соединенных диодов.

Указанная задача решается в генераторе импульсов, содержанием конденсаторную батарею, индуктивную нагрузку, первый тиристорный ключ и блок из последовательно соединенных диодов, при этом индуктивная нагрузка подключена через первый тиристорный ключ параллельно конденсаторной батарее, отрицательный вывод конденсаторной батареи, первый вывод индуктивной нагрузки и анодный вывод блока из последовательно соединенных диодов подключены к общей шине. Новым является то, что введены диод, последовательно соединенные ограничительный резистор, катушка индуктивности, второй тиристорный ключ и накопительный конденсатор, положительный вывод которого подключен к общей шине, при этом анод диода соединен с катодным выводом блока из последовательно соединенных диодов и другим выводом ограничительного резистора, катод диода соединен со вторым выводом индуктивной нагрузки.

Изобретения поясняется чертежами, на котором1 конденсаторная батарея, 2 первый тиристорный ключ, 3 индуктивная нагрузка, 4 блок из последовательно соединенных диодов, 5 низковольтный диод, 6 - ограничительное сопротивление, 7 катушка индуктивности, 8 второй тиристорный ключ, 9 накопительный конденсатор.

Основная цепь генератора импульса состоит из последовательно соединенных конденсаторной батареи 1, первого тиристорного ключа 2 и индуктивной нагрузки (соленоида) 3, параллельно которой подключена цепь, состоящая из последовательно включенных блока из последовательно соединенных диодов 4 и низковольтного диода 5 с малой толщиной базы. Толщина базы определяется максимальнодопустимой величиной падения напряжения на диоде 5 при переходе тока в блок из последовательно соединенных диодов 4, которое в свою очередь определяется максимально допустимой величиной электромагнитного излучения.

Параллельно блоку из последовательно соединенных диодов 4 подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных ограничительного сопротивления 6, катушки индуктивности 7, второго тиристорного ключа 8 и накопительного конденсатора 9. Эта цепь служит для снижения сопротивления базовых слоев диодов блока 4 перед переходом в блок из последовательно соединенных диодов 4 тока индуктивной нагрузки 3.

Генератор работает следующим образом.

При замыкании первого тиристорного ключа 2 конденсаторная батарея 1 разряжается на индуктивную нагрузку 3, создавая в ней нарастающий по синусоидальному закону мощный импульс тока и, следовательно, магнитное поле. Напряжение на индуктивной нагрузке 3, являющееся запорным для блока из последовательно соединенных диодов 4 и диода 5, после прохождения тока через максимум меняет знак и блок из последовательно соединенных диодов с диодом 5 смещаются в прямом направлении. Перед прохождением тока через максимум включается второй тиристорный ключ 8, и накопительный конденсатор 9 создает через блок из последовательно соединенных диодов 4 синусоидальный импульс прямого тока, протеканию которого в индуктивную нагрузку 3 препятствует диод 5. Прохождение этого тока (тока накачки) через диоды блока 4 сопровождается инжекцией электронно-дырочной плазмы в базовые области диодов и резким снижением их сопротивления. Поэтому, когда напряжение на индуктивной нагрузке 3 меняет знак и становится пропускным для блока из последовательно соединенных диодов 4 и диода 5, сопротивление диодов блока 4 уже является малым, и ток через него может ограничиваться сопротивлением базового слоя диода 5, в котором нет плазмы. Однако поскольку этот диод низковольтный, то толщина его базового слоя мала и мало также удельное сопротивление материала этого слоя. Поэтому начальное сопротивление диода 5 невелико и при перемене полярности напряжения на индуктивной нагрузке 3 ток практически сразу плавно переходит в цепь блока из последовательно соединенных диодов 4 без резкого изменения скорости спада. Таким образом устраняется основной недостаток прототипа - мощное электромагнитное излучение при переходе тока из индуктивной нагрузки 3 в блок из последовательно соединенных диодов 4.

Ограничительное сопротивление 6 и катушка индуктивности 7 служит для регулирования амплитуды и времени нарастания тока накачки.

По предлагаемой схеме был собран мощный генератор импульсов. Конденсаторная батарея имела емкость 200 мкФ, индуктивность нагрузки (соленоида) составляла 50 мкГ, зарядное напряжение конденсатора 10 кВ, максимум тока в цепи нагрузки 20 кА, время нарастания тока 2x10^-4 с. Первый тиристорный ключ 2 состоял из 10 тиристоров ТБ-400 с рабочим напряжением 1 кВ. Ограничительное сопротивление 6 имело величину 1 Ом, катушка индуктивности 7-5x10^-5 Г, накопительный конденсатор 9-20 мкФ; зарядное напряжение конденсатора 1 кВ. В блоке из последовательно соединенных диодов 4 использовались кремниевые диоды Д143-800 с рабочим напряжением 2,4 кВ (5 диодов, соединенных последовательно), в качестве низковольтного диода 5 использовался диод Д253-4000 с рабочим напряжением 100 В, а второй тиристорный ключ 8 состоял из 8 штыревых тиристоров Т142-63 с рабочим напряжением 1250 В. Импульс тока накачки диодов блока 4 имел длительность 100 мкс, амплитуду 0,65 кА и его начало было сдвинуто на 50 мкс относительно максимума тока нагрузки. В описанном режиме переход тока в блок из последовательно соединенных диодов 4 происходит точно в момент максимума, практически без спада и резких изменений; никакого электромагнитного излучения при переходе тока зарегистрировано не было. Таким образом изобретение позволило полностью устранить электромагнитное излучение при переходе тока в блок из последовательно соединенных диодов.