Войти
Сеть формирования импульсов для Nd: YAG лазерного дальномера 
Shiva Star устройство в Исследовательской лаборатории ВВС, США, которое генерирует импульсную мощность для экспериментов с высокоэнергетической термоядерной энергией. Каждое из 6 радиальных плеч представляет собой линию формирования импульсов, доставляющую импульс энергии к центру, конденсаторы которой хранят в общей сложности 10 МДж энергии и могут создавать микросекундные импульсы 120 кВ и 6 миллионов ампер. A формирование импульсов сеть (PFN ) - это электрическая цепь, которая накапливает электрическую энергию за сравнительно долгое время, а затем высвобождает накопленную энергию в виде относительно квадратный импульс сравнительно короткой длительности для различных импульсных источников питания приложений. В PFN компоненты накопителя энергии, такие как конденсаторы, катушки индуктивности или линии передачи, заряжаются от источника высокого напряжения., а затем быстро разряжается в нагрузку через высоковольтный переключатель, например искровой разрядник или водородный тиратрон. Частота повторения колеблется от единичных импульсов до примерно 10 импульсов в секунду. PFN используются для выработки однородных электрических импульсов короткой продолжительности для питания устройств, таких как клистрон или магнетрон трубчатые генераторы в радиолокационных установках, импульсные лазеры, ускорители частиц, импульсные лампы и высоковольтное испытательное оборудование.
Большая часть высокоэнергетического исследовательского оборудования работает в импульсном режиме, как для уменьшения рассеивания тепла, так и из-за того, что физика высоких энергий часто возникает в коротких временных масштабах, поэтому большие PFN широко используются в исследованиях высоких энергий. Они использовались для создания импульсов наносекундной длины с напряжением до 10–10 вольт и током до 10 ампер с пиковой мощностью в тераваттном диапазоне, аналогично молниям.
PFN состоит из серии высоковольтных накопителей энергии конденсаторов и катушек индуктивности. Эти компоненты соединены между собой как «лестничная диаграмма сеть », которая ведет себя аналогично отрезку линии передачи. По этой причине PFN иногда называют «искусственной или синтетической линией передачи». Первоначально электрическая энергия сохраняется в заряженных конденсаторах PFN с помощью высоковольтного источника постоянного тока. Когда PFN разряжается, конденсаторы разряжаются последовательно, образуя приблизительно прямоугольный импульс. Импульс передается в нагрузку через линию передачи . PFN должна быть согласована по импедансу с нагрузкой, чтобы предотвратить отражение энергии обратно в PFN.
Простой генератор импульсов заряженной линии передачи Длина линии передачи может использоваться в качестве сети формирования импульсов. Это может давать импульсы с практически плоской вершиной из-за неудобства использования кабеля большой длины.
В простой заряженной линии передачи генератор импульсов (анимация, справа) отрезок линии передачи, такой как коаксиальный кабель, подключен через переключатель к согласованному нагрузка R L на одном конце, а на другом конце - к источнику постоянного напряжения V через резистор R S, который велик по сравнению с характеристическим импедансом Z0линии. 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 / 2Z 0, и скачком напряжения движется вверх по линии к источнику. Истоковый конец линии представляет собой приблизительно разомкнутую цепь из-за высокого R S, поэтому ступенька отражается необратимо и возвращается обратно по линии к нагрузке. В результате на нагрузку подается импульс напряжения с длительностью, равной 2D / c, где D - длина линии, а c - скорость распространения импульса в линии. Скорость распространения в типичных линиях передачи находится в пределах 50% от скорости света. Например, в большинстве типов коаксиального кабеля скорость распространения составляет примерно 2/3 скорости света или 20 см / нс.
Мощные PFN обычно используют специализированные линии передачи, состоящие из труб, заполненных маслом или деионизированной водой в качестве диэлектрика, чтобы справиться с высокой рассеиваемой мощностью.
Недостатком простых генераторов импульсов PFN является то, что линия передачи должна быть согласована с сопротивлением нагрузки R L для предотвращения отражений, напряжение, накопленное в линии, делится поровну между сопротивлением нагрузки и характеристическим импедансом линии, поэтому импульс напряжения, приложенный к нагрузке, составляет только половину напряжения источника питания.
Генератор Блюмлейна имеет то преимущество, что он может генерировать импульс, равный зарядному напряжению V A Схема линии передачи, которая решает вышеуказанную проблему и дает выходной импульс, равный напряжению источника питания V, была изобретена в 1937 году британским инженером Аланом Блюмлейном и сегодня широко используется в сетях PFN. В генераторе Блюмлейна (анимация, справа) нагрузка подключена последовательно между двумя линиями передачи одинаковой длины, которые заряжаются источником постоянного тока на одном конце (обратите внимание, что правая линия заряжается через полное сопротивление нагрузки).. Чтобы вызвать импульс, переключатель закорачивает линию на стороне источника питания, в результате чего отрицательный скачок напряжения перемещается в сторону нагрузки. Поскольку характеристический импеданс Z 0 линии сделан равным половине полного сопротивления нагрузки R L, скачок напряжения наполовину отражается и наполовину пропускается, что приводит к двум симметричным противоположным ступеньки напряжения полярности, которые распространяются от нагрузки, создавая между ними падение напряжения V / 2 - (-V / 2) = V на нагрузке. Ступени напряжения отражаются от концов и возвращаются, завершая импульс. Как и в других генераторах линий заряда, длительность импульса равна 2D / c, где D - длина отдельных линий передачи. Второе преимущество геометрии Блюмлейна состоит в том, что переключающее устройство может быть заземлено, а не размещено на стороне высокого напряжения линии передачи, как в типичной заряженной линии, что усложняет запускающую электронику.
По команде высоковольтный переключатель передает энергию, хранящуюся в PFN, в нагрузку. Когда переключатель «срабатывает» (замыкается), сеть конденсаторов и катушек индуктивности внутри PFN создает примерно прямоугольный 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 соответствие 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 «модулятором мощности» или «генератором импульсов».
