РЕЗОНАНСНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ НА ОСНОВЕ SOS-ДИОДА

Полезная модель относится к импульсной технике и может быть использована в качестве преобразователя напряжения, генератора для возбуждения либо пробоя газоразрядных ламп и т. п.
Известен генератор наносекундных импульсов, содержащий тиристорное зарядное устройство, магнитный компрессор, SOS-диоды (Semiconductor Opening Switch) и нагрузку. Такой генератор имеет полностью твёрдотельную систему коммутации с использованием в первичной цепи тиристора и повышающего импульсного трансформатора. В процессе магнитного сжатия импульса при переходе энергии от одного звена к последующему происходит удвоения напряжения, величина которого составляет Uo2°, где Uo - выходное напряжение импульсного трансформатора, п - число звеньев сжатия устройства. Далее высоковольтный импульс синусовдальной формы подавался на SOS-диод 1. При обрыве тока на SOS-диоде возникает высоковольтный импульс напряжения амплитудой сотни киловольт.
Недостаток такого генератора - низкая частота повторения импульсов, не более 250 Гц.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является полупроводниковый генератор наносекундных импульсов на базе дрейфового диода с резким восстановлением (ДЦРВ), содержащий ДДРВ, зарядное устройство, цепь обратного тока, состоящую из конденсатора, катушки индуктивности и коммутатора и цепь прямого тока, состоящую из конденсатора, катушки индуктивности и коммутатора. Параллельно ДДРВ размещена цепь нагрузки. Кроме того, в генераторе параллельно конденсатору цепи обратного тока подключен шунтирующий диод, соединенный анодом с анодом ДДРВ, в качестве коммутатора обратного тока использован дроссель насыщения с цепью размагничивания 2.
Однако известный генератор имеет некоторые недостатки, а именно, необходимость размагничивания комм5тирующего дросселя, что усложняет схему, ограничение частоты повторения импульсов (не более 20 кГц) и низкий коэффициент перенапряжения. Такой генератор импульсов работает только на низкоомную нагрузку.
К причинам препятствующим достижению указанной ниже цели при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве нет элементов обеспечивающих возможность работы генератора при более высокой частоте повторения импульсов, более высоким коэффициентом перенапряжения.
Целью полезной модели является генерирование импульсов длительностью несколько сотен наносекунд с частотой повторения более сотни килогерц, с возможностью использования слаботочных коммутаторов и работы генератора на высокоомную либо емкостную нагрузку.
Указанная цель достигается тем, что в заявляемом устройстве содержвггся источник питания, колебательный контур, состоящий из конденсатора, индуктивного накопителя, прерывателя тока и нагрузки, согласно техническому решению прерывателем тока является SOS-диод, индуктивным накопителем - повышающий автотрансформатор. К входу повыщающего автотрансформатора присоединены источник питания и конденсатор, а к выходу - SOS-диод и нагрузка, при этом источник питания представляет генератор синусоидального напряжения.
На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема резонансного генератора импульсов на основе SOS-диода.
На фиг. 2 показаны эпюры напряжения 1, напряжения в точке А - 2 и тока SOS-диода-3.
Резонансный генератор импульсов на основе SOS-диода содержит генератор синусоидального напряжения 1, конденсатор С, повышающий автотрансформатор L, SOS-диод 2 и нагрузку 3.
Существенным недостатком предществующих генераторов, работающих в высокочастотных импульсных режимах, является накопление заряда в конденсаторе С после процесса обрыва тока. Такие генераторы не могут работать при высокой частоте повторения импульсов на высокоомную либо емкостную нагрузку. Для разрядки конденсатора С необходимо устанавливать параллельно конденсатору разрядный резистор, т.е. рассеивать остаточную энергию в конденсаторе, что не эффективно.
Резонансный генератор импульсов на основе SOS-диода имеет более высокий КПД, более высокий коэффициент перенапряжения (в отдельных режимах более 10), возможность работать при более высокой частоте повторения импульсов (свыше ЮОкГц). Генератор работает в резонансном режиме, т.е. частота коммутации, совпадает с собственной частотой контура, состоящего из конденсатора С, повыщающего автотрансформатора L, SOS-диода 2 и нагрузки 3.
Пршщип работы резонансного генератора импульсов на основе SOSдиода заключается в следующем. Генератор синусоидального напряжения 1, настроенный на частоту равной собственной частоте колебаний контура состоящего из конденсатора С, повыщающего автотрансформатора L, SOS-диода 2 и нагрузки 3, является возбудителем колебаний в этом контуре. При протекании тока через SOS-диод 2 в прямом направлении происходит накачка SOS-диода 1,3. Далее в момент протекания обратного тока через SOS-диод 2 происходит обрыв тока и на SOS-диоде 2 возникает импульс отрицательного напряжения длительностью 200-300 не. Далее процесс циклически повторяется.
OjCbOZ
принцип работы пол)пароводникового диодного прерывателя тока состоит в следующем. Импульс прямого тока малой длительности в базе возле р-п перехода создает тонкий слой инжектированной плазмы, в которой сосредоточена основная часть накопленного заряда. При протекании тока обратной накачки происходит рассасывание плазменного слоя у р-п перехода с одновременным дрейфовым выносом дырок из остальной части базы. SOS-диоды - новые высоковольтные приборы, в основе которых /7 -/ -«-л -структура, обладающая меньшим временем обрыва тока (4-25 не) 3.
С помощью заявляемого устройства впервые получен слаботочный частотный SOS-эффект. При амплитуде синусоидального напряжения генератора 1 равной 11 вольт получены импульсы напряжения 370 вольт, длительностью 220 НС по основанию, с частотой повторения 140 кГц. В качестве нагрузки служит резистор сопротивлением 470 Ом. Коэффициент перенапряжения составляет от 8 до 10, в зависимости от величины и характера нагрузки
Параметры схемы: генератор синусоидального напряжения 1 - Г4-153, конденсатор С - К73-16-400-0.1, катушка L намотанная проволокой ПЭВ-2 0.3 на диэлектрической трубе диаметром 30 мм содержала 60 витков с выводом средней точки.
Источники информации.
1.Рукин С.Н. Генераторы мощных наносекундных импульсов с полупроводниковыми прерывате.г1ями тока // Приборы и техника эксперимента, 1999, N4, с. 5-36.
2.Патент RU .№2009611, опубликован в Б.И. №5, от 15.03.94г. (прототип).
3.Патент RU №2156014, опубликован в Б.И. .№25, от Ш.09.2000г.