Impulsinės įtampos generatorius / „Marx“ generatorius - grandinės schema, veikimo principas ir pritaikymas

Elektronikoje viršįtampiai yra labai svarbus dalykas ir tai yra košmaras kiekvienam grandinių dizaineriui. Šie viršįtampiai paprastai vadinami impulsais, kuriuos galima apibrėžti kaip aukštą įtampą, paprastai per keletą kV, egzistuojančių trumpą laiką. Impulsinės įtampos charakteristikas galima pastebėti esant dideliam ar mažam kritimo laikui, po kurio eina labai didelis įtampos kilimo laikas. Žaibas yra natūralių priežasčių, sukeliančių impulsų įtampą, pavyzdys. Kadangi ši impulsinė įtampa gali labai pakenkti elektros įrangai, svarbu išbandyti, ar mūsų prietaisai veikia impulsinę įtampą. Čia mes naudojame impulsų įtampos generatorių, kuris sukuria aukštą įtampą ar srovės įtampą kontroliuojamoje bandymo sistemoje. Šiame straipsnyje sužinosime apieimpulsinio įtampos generatoriaus veikimas ir taikymas. Taigi, pradėkime.

Kaip minėta anksčiau, impulsų generatorius sukuria šį trumpą įtampą labai didele įtampa arba labai didele srove. Taigi yra dviejų tipų impulsų generatoriai: impulsų įtampos generatorius ir impulsų srovės generatorius. Tačiau šiame straipsnyje aptarsime impulsinės įtampos generatorius.

Impulsų įtampos bangos forma

Norėdami geriau suprasti impulsinę įtampą, pažvelkime į impulsinės įtampos bangos formą. Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta viena aukštos įtampos impulso bangos formos smailė

Kaip matote, banga pasiekia didžiausią 100 proc. Piką per 2 uS. Tai labai greitai, tačiau aukštos įtampos stiprumas praranda beveik 40 uS. Todėl pulso kilimo laikas yra labai trumpas arba greitas, o kritimo laikas - labai lėtas arba ilgas. Pulso trukmė vadinama bangos uodega, kurią apibrėžia 3-ojo laiko žymos ts3 ir ts0 skirtumas.

Vienpakopis impulsų generatorius

Kad suprastumėte impulsų generatoriaus veikimą, pažvelkime į žemiau pateiktą vieno etapo impulsų generatoriaus schemą

Pirmiau pateiktą grandinę sudaro du kondensatoriai ir dvi varžos. Kibirkščių tarpas (G) yra elektriškai izoliuotas tarpas tarp dviejų elektrodų, kur įvyksta elektrinės kibirkštys. Aukštosios įtampos maitinimo šaltinis taip pat parodytas aukščiau pateiktame paveikslėlyje. Bet kuriai impulsų generatoriaus grandinei reikalingas bent vienas didelis kondensatorius, kuris įkraunamas iki atitinkamo įtampos lygio, o po to išsikrauna apkrova. Pirmiau pateiktoje grandinėje CS yra įkrovimo kondensatorius. Tai aukštos įtampos kondensatorius, paprastai didesnis nei 2kV reitingas (priklauso nuo norimos išėjimo įtampos). Kondensatorius CB yra apkrovos talpa, kuri iškraus įkrovimo kondensatorių. Rezistorius ir RD bei RE valdo bangos formą.

Atidžiai stebėdami pirmiau pateiktą vaizdą galime pastebėti, kad G arba kibirkšties tarpas neturi elektros jungties. Tada kaip apkrovos talpa gauna aukštą įtampą? Čia yra gudrybė, ir ši, pirmiau minėta grandinė veikia kaip impulsų generatorius. Kondensatorius kraunamas tol, kol kondensatoriaus įkrautos įtampos pakaks kibirkšties tarpui įveikti. Elektrinis impulsas, sukurtas per kibirkšties tarpą ir aukštą įtampą, perduodamas iš kairiojo elektrodo gnybto į dešinįjį kibirkštinio tarpo elektrodo gnybtą ir taip paverčiamas prijungta grandine.

Grandinės reakcijos laiką galima valdyti keičiant atstumą tarp dviejų elektrodų arba pakeičiant kondensatorių pilnai įkrautą įtampą. Išėjimas impulso įtampa skaičiavimas gali būti padaryta skaičiuojant išėjimo įtampa signalo su

v (t) = (E ^{- α t} - E ^{- β t})

Kur, α = 1 / R _d C _b β = 1 / R _e C _z

Vienpakopio impulsų generatoriaus trūkumai

Pagrindinis vienos pakopos impulsų generatoriaus grandinės trūkumas yra fizinis dydis. Priklausomai nuo aukštos įtampos, komponentai tampa didesni. Be to, norint generuoti didelę impulsinę įtampą, reikalinga aukšta nuolatinė įtampa. Todėl vienpakopio impulsinės įtampos generatoriaus grandinei pasiekti optimalų efektyvumą net ir naudojant didelius nuolatinės srovės maitinimo šaltinius tampa gana sunku.

Sferos, kurios naudojamos tarpui sujungti, taip pat reikalavo labai didelio dydžio. Vainiką, kurį išleidžia impulsinė įtampa, labai sunku nuslopinti ir pertvarkyti. Po kelių pakartojimų ciklų sutrumpėja elektrodo tarnavimo laikas.

„Marx“ generatorius

Erwinas Otto Marxas pateikė daugiapakopę impulsų generatoriaus grandinę 1924 m. Ši grandinė specialiai naudojama aukštos impulsinės įtampos generavimui iš žemos įtampos maitinimo šaltinio. Multipleksuoto impulso generatoriaus arba paprastai vadinamos Marxo grandine grandinė gali būti matoma žemiau esančiame paveikslėlyje.

Minėtoje grandinėje naudojami 4 kondensatoriai (kondensatorių gali būti n skaičius), kuriuos įkrauna aukštos įtampos šaltinis lygiagrečiai įkraunant įkrovimo rezistorius nuo R1 iki R8.

Iškrovos metu kibirkšties tarpas, kuris įkrovimo būsenoje buvo atvira grandinė, veikia kaip jungiklis ir jungia nuoseklų kelią per kondensatoriaus banką ir sukuria labai didelę impulsinę įtampą per apkrovą. Išleidimo būklė aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta purpurine linija. Pirmojo kondensatoriaus įtampa turi būti pakankamai viršyta, kad būtų galima nutraukti kibirkšties tarpą ir suaktyvinti „ Marx“ generatoriaus grandinę.

Kai tai įvyksta, pirmasis kibirkštinis tarpas sujungia du kondensatorius (C1 ir C2). Todėl pirmojo kondensatoriaus įtampa padvigubėja dviem C1 ir C2 įtampomis. Vėliau trečiasis kibirkšties tarpas automatiškai nutrūksta, nes įtampa per trečiąjį kibirkšties tarpą yra pakankamai aukšta ir jis pradeda pridėti trečiojo kondensatoriaus C3 įtampą į kaminą ir tai tęsiasi iki paskutinio kondensatoriaus. Galiausiai, kai pasiekiamas paskutinis ir paskutinis kibirkščių tarpas, įtampa yra pakankamai didelė, kad pertrauktų paskutinį kibirkšties tarpą per apkrovą, kurios tarpas tarp žvakių yra didesnis.

Galutinė išėjimo įtampa per galutinį tarpą bus nVC (kur n yra kondensatorių skaičius, o VC - įkrautos kondensatoriaus įtampa), tačiau tai tiesa idealiose grandinėse. Realiais atvejais „ Marx Impulse“ generatoriaus grandinės išėjimo įtampa bus daug mažesnė už tikrąją norimą vertę.

Tačiau šiame paskutiniame kibirkštyje turi būti didesni tarpai, nes be to kondensatoriai nėra visiškai įkrauti. Kartais iškrovimas atliekamas tyčia. Kondensatoriaus banką iš „Marx“ generatoriaus iškrauti galima keliais būdais.

Kondensatoriaus iškrovimo būdai „Marx Generator“:

Pulsuojantis papildomas trigerio elektrodas : pulsuojantis papildomas trigerio elektrodas yra efektyvus būdas sąmoningai suaktyvinti „Marx“ generatorių visiškai įkraunant arba ypatingu atveju. Papildomas trigerio elektrodas vadinamas Trigatronu. Yra įvairių formų ir dydžių „Trigatron“, turintis skirtingas specifikacijas.

Jonizuojantis oras tarpelyje: Jonizuotas oras yra veiksmingas kelias, naudingas laidojant kibirkštinį tarpą. Jonizacija atliekama naudojant impulsinį lazerį.

Oro slėgio sumažinimas tarpo viduje : Oro slėgis sumažėja taip pat, jei kibirkščių tarpas yra suprojektuotas kameros viduje.

„Marx Generator“ trūkumai

Ilgas įkrovimo laikas: „ Marx“ generatorius naudoja rezistorius kondensatoriui įkrauti. Taigi įkrovimo laikas ilgėja. Arčiau maitinimo šaltinio esantis kondensatorius įkraunamas greičiau nei kiti. Taip yra dėl padidėjusio atstumo dėl padidėjusio pasipriešinimo tarp kondensatoriaus ir maitinimo šaltinio. Tai yra pagrindinis „Marx“ generatoriaus bloko trūkumas.

Efektyvumo praradimas: Dėl tos pačios priežasties, kaip aprašyta anksčiau, srovei tekant per rezistorius, „Marx“ generatoriaus grandinės efektyvumas yra mažas.

Trumpas kibirkšties tarpo gyvenimo laikotarpis: pasikartojantis iškrovos ciklas per kibirkšties tarpą sutrumpina kibirkštinio tarpo elektrodų tarnavimo laiką, kurį laikas nuo laiko reikia pakeisti.

Įkrovimo ir iškrovimo ciklo kartojimo laikas: Dėl didelio įkrovimo laiko impulsų generatoriaus pasikartojimo laikas yra labai lėtas. Tai dar vienas didelis „Marx“ generatoriaus grandinės trūkumas.

Impulso generatoriaus grandinės taikymas

Pagrindinis impulsų generatoriaus grandinės pritaikymas yra išbandyti aukštos įtampos įtaisus. Žaibolaidžiai, saugikliai, TVS diodai, įvairių tipų viršįtampių apsaugai ir kt. Išbandomi naudojant impulsų įtampos generatorių. Ne tik bandymų srityje, bet ir „Impulse“ generatoriaus grandinė yra būtina priemonė, naudojama branduolinės fizikos eksperimentuose, taip pat lazerių, sintezės ir plazmos prietaisų pramonėje.

„Marx“ generatorius naudojamas imituoti žaibo poveikį elektros linijos pavaroms ir aviacijos pramonėje. Jis taip pat naudojamas rentgeno ir Z aparatuose. Kiti naudojimo būdai, pavyzdžiui, elektroninių prietaisų izoliacijos bandymai, taip pat išbandomi naudojant impulsų generatorių grandines.