Генераторы мощных импульсов тока: Вы точно человек?

1.                Цикл заряд а: dv=ldt/C.

(Выражает напряжение заряда на конденсаторе в функции времени, где I – постоянный ток.)

2.                Накопленная энергия в С как функция от напряжения: £=0,5CV

(Выражает энергию в джоулях при увеличении напряжения.)

3.                Время отклика V* цикла пикового тока: 1,57 (LC)⁰–⁵. (Выражает время для первого пика резонансного тока при запуске искрового разрядника.)

4.                Пиковый ток вточке V* цикла: V(C/ Ц⁰⁵(Выражает пиковый ток.)

5.                Исходный отклик в функции от времени:

Ldi/dt+iR+ 1/С+ 1/CioLidt=0.

(Выражает напряжение как функцию от времени.)

6.                Энергия катушки индуктивности в д жоулях: E=0,5U².

7.                Отклик, когда схема разомкнута при максимальном токе через L: LcPi/dt²+Rdi/dt+it/С=dv/dt.

Из этого выражения видно, что энергия катушки должна направляться куда-либо в течение очень короткого времени, результатом чего является взрывное поле высвобождения энергии Е х В.

Мощный импульс в много мегаватт вд иапазонеулырвныилс<*хчастот можно получить засчет д естабилизации LCR- схемы, как показано выше. Единственным ограничивающим фактором является собственное сопротивление, которое всегда присутствует в разных формах, например: провода, пивирхнистн-лй эффект, потери в диэлектриках и переключателях и т.д- Потери могут быть минимизированы для достижения оптимальных результатов.                  электромагнитная волна рвадихастль должна излучаться антенной, которая можетбытъ в виде параболической тарелки микроволновой печи или настроенного их**» in >чг>;*ттеля. i-M. <^гп1гч электромагнитная волна будетзависетъотгеометрии конструкции. Большая длина г* Х’бодз обеспечит лучшие характеристики магнитного поля В, а короткие приесда в большей степени образуют поле электрическое поле Е. Эти параметры войдут в уравнения взаимодействия эффективности излучения антенны. Наилучшим подходом здесь является экспериментирование с конструкцией антенны для достижения оптимальных результатов с использованием ваших математических знаний для улучшения основных параметров. Повреждения схемы обычно являются результатом очень высокого di/dt (поле «В») импульса. Это предмет для обсуждения!

конденсатор 0,5 мкФ с малой индуктивностью заряжается за 20 с с помощью устройства ионного заряда, описанного в главе 1 «Антигравитационный проект», и дорабатывается, как показано. Можно достичь более высокой скорости заряда с помощью систем с более высоким током, которые можно получить по специальному заказу для более серьезных исследований через сайт www.amasingl.com.

Радиочастотный импульс высокой энергии можно генерировать также и в случае, где выход импульсного генератора взаимодействует с полноразмерной полуволновой антенной с центральным питанием, настроенной на частоты в диапазоне 1-1,5 МГц. Реальная дальность действия при частоте 1 МГц – более 150 м. Такая дальность действия может быть избыточна для многих экспериментов. Однако это нормально для коэффициента излучения, равного 1, во всех других схемах этот коэффициент меньше 1. Можно уменьшить длину реальных элементов с помощью настроенной четвертьволновой секции, состоящей из 75 м провода, намотанных через интервалы или с использованием двух-трех- метровых трубок из поливинилхлорида PVC. Эта схема вырабатывает импульс низкочастотной энергии.

Пожалуйста, имейте в виду, как это уже указывалось ранее, что импульсный выход этой системы может причинить вред компьютерам и любым приборам с микропроцессорами и другими аналогичными схемами на значительном расстоянии. Всегда будьте осторожны при тестировании и использовании этой системы, она может повредить устройства, которые просто находятся рядом. Описание основных частей, использованных в нашей лабораторной системе, дает рис. 25.2.

Конденсатор

Конденсатор С, используемый для подобных случаев, должен обладать очень низкой собственной индуктивностью и сопротивлением разряда. В то же время этот компонент должен обладать способностью к накоплению достаточной энергии для генерации необходимого импульса высокой энергии заданной частоты. К сожалению, два этих требования вступают в противоречие друг с другом, их трудно выполнить одновременно. Конденсаторы высокой энергии всегда будут обладать большей индуктивностью, чем конденсаторы низкой энергии. Другим важным фактором является использование сравнительного высокого напряжения для генерации сильных токов разряда. Эти значения необходимы для преодоления собственного комплексного импеданса последовательно соединенных индуктивного и резистивного сопротивлений на пути разряда.

В данной системе используется конденсатор 5 мкФ при 50000 В с индуктивностью 0,03 мкГн. Необходимая нам основная частота для схемы низкой энергии составляет 1 МГц. Энергия системы составляет 400 Дж при 40 кВ, что определяется соотношением:

Е = 1/2 CV².

Катушка индуктивности

Изготовить катушку для получения низкочастотного радиоимпульса легко. Индуктивность, обозначенная как L1, представляет собой сумму паразитной индуктивности проводов, искрового разрядника, устройства взрывания провода и собственной индуктивности конденсатора. Эта индуктивность входит в резонанс в широком диапазоне частот и должна выдержать высокочастотный разрядный импульс тока I. Величина общей индуктивности составляет 0,05-0,1 мкГн. Размер проводников должен учитывать ток импульса, который в идеале равен Vx(C/L)^1/2. При переходном процессе ток стремится протекать по поверхности проводника вследствие высокочастотного поверхностного эффекта.

Вы можете использовать катушку из нескольких витков для экспериментов с низкими частотами с двойной антенной. Размеры определяются формулой индуктивности воздуха:

Рис. 25.7. Установка искрового разрядника для соединения с антенной при работе с низкой частотой

Применение устройство

Данная система предназначена для исследования чувствительности электронного оборудования к электромагнитным импульсам. Систему можно видоизменить для использования в полевых условиях и работы от перезаряжаемых аккумуляторных батарей. Ее энергию можно увеличить до уровня импульсов электромагнитной энергии в несколько килоджоулей, на собственный страх и риск пользователя. Нельзя предпринимать попыток изготовления своих вариантов устройства или использовать данное устройство, если вы не имеете достаточного опыта в использовании импульсных систем высокой энергии.

Импульсы электромагнитной энергии можно сфокусировать или запускать параллельно с помощью параболического отражателя. Экспериментальной мишенью может служить любое электронное оборудование и даже газоразрядная лампа. Вспышка акустической энергии может вызвать звуковую ударную волну или высокое звуковое давление на фокусном расстоянии параболической антенны.

Источники приобретении компонентов и деталей

Устройства заряда высокого напряжения, трансформаторы, конденсаторы, газовые искровые разрядники или радиоизотопные разрядники, импульсные генераторы MARX до 2 MB, генераторы ЕМР можно приобрести через сайт www. amasingl.com^[21].

Высоковольтные генераторы мощных импульсов. ГИТ. ГИН

Высоковольтные генераторы мощных импульсов

Высоковольтные генераторы мощных импульсов включают в себя, как правило, накопитель энергии, систему умножения (трансформации) напряжения, систему коммутации и управления. В качестве накопителя энергии в них чаще всего используются емкостные и индуктивные накопители. Увеличение напряжения может достигаться разными способами: например, переключением элементов накопителя с параллельного на последовательное, использованием импульсного трансформатора, резким обрывом зарядного тока индуктивного накопителя. В качестве коммутаторов используются искровые разрядники, газоразрядные лампы, тиратроны и полупроводниковые коммутаторы.Обрыв тока осуществляется размыкателями тока,такими как плазменные размыкатели, размыкатели на основе электрического взрыва проводников, вакуумные и др.

Высоковольтные генераторы мощных импульсов подразделяются на генераторы импульсных напряжений (ГИН) и генератор импульсных токов (ГИТ).

Генератор импульсного высокого напряжения (генератор Аркадьева-Маркса) – это устройство принцип действия которого основан на зарядке электрическим током соединённых параллельно (через резисторы) конденсаторов, которые после зарядки соединяются последовательно при помощи различных коммутирующих устройств (например газовых разрядников или тригатронов). Таким образом выходное напряжение увеличивается пропорционально количеству соединённых конденсаторов.

Принципиальная схема ГИН (стадия заряда)

После зарядки конденсаторов запуск генератора обычно производится после срабатывания первого разрядника (на рисунке обозначенного как trigger (триггер). После срабатывания триггера перенапряжение на разрядниках заставляет срабатывать все зарядники практически одновременно, чем и производится последовательное соединение заряженных конденсаторов.

Принципиальная схема ГИН (стадия разряда)

Генераторы Маркса позволяют получать импульсные напряжения от десятков киловольт до нескольких миллионов и до десятка миллионов вольт.

Частота импульсов, вырабатываемых генератором Маркса зависит от мощности генератора в импульсе — от единиц импульсов в час, до нескольких десятков герц.

Энергия в импульсе генераторов Маркса широко варьируется и может начинаться от величин в десятые джоуля и достигать величин в десятки мегаджоулей.

В некоторых установках объединяют два генератора Маркса в единую установку в которой многоступенчатый ГИН с конденсаторами небольшой общей ёмкостью обеспечивает высокий потенциал напряжения, необходимый для развития разряда основного малоступенчатого ГИТ с конденсаторами большой общей ёмкости, со сравнительно невысоким потенциалом, но большой силой тока в продолжительном импульсе.

Генератор импульсных токов является источником высоковольтных импульсов тока и предназначен для повышения сетевого напряжения с последующим его выпрямлением и зарядкой высоковольтных импульсных конденсаторов, коммутации энергии, запасаемой в электрическом поле конденсаторов. Емкостные накопители энергии широко используются в физических экспериментах и в производственной сфере благодаря ряду достоинств. Главным из них является малое внутреннее сопротивление (10^-3 Ом и ниже) и индуктивность (до 10^-9 Гн), что позволяет обеспечить малое время заряда (10^-4 – 10^-8 с), высокую эффективность передачи энергии в нагрузку, возможность достижения рекордных значений мощности (до 10¹³ Вт) и скорости нарастания тока (выше 10¹³ А/с). Кроме того, емкостные накопители обладают рядом удобств (отсутствие движущихся элементов, простота обслуживания, модульный принцип построения).

Конструкция ГИТа

Конструктивно ГИТ представляет собой корпус с верхней крышкой, боковой дверью и панелью управления. Эти элементы конструкции выполнены из стали и являются надежным защитным экраном от воздействия импульсных магнитных полей на окружающую среду. В состав ГИТа входят: выпрямитель-трансформатор, клемники, дверной конечный выключатель, электромагнит с приводной тягой замыкателей, блокировки, разрядник и емкостные накопители, соединенные шинами и кабельными разделками согласно схеме электрической принципиальной.

Выпрямитель-трансформатор предназначен для повышения и выпрямления входного напряжения и представляет собой металлический бак в котором находятся повышающий трансформатор, выпрямитель и токоограничивающие дроссели. Выпрямитель-трансформатор заполнен трансформаторным маслом.
Разрядник предназначен для коммутации энергии, накопленной в конденсаторах емкостного накопителя в нагрузку. Разрядник представляет собой основание с установленными на нем двумя опорными высоковольтными изоляторами, на которых размещены два металлических электрода (в форме торов) с возможностью регулирования зазора между ними.

Работа генератора под нагрузкой обеспечивается системой управления, разработанной в соответствии с требованиями входных параметров схемы электрической принципиальной.

Цикл работы генератора может быть разбит на три этапа:

подготовка пуска генератора;

пуск и работа генератора;

отключение генератора.

Постоянный зарядный ток с выхода выпрямитель-трансформатора по высоковольтному кабелю через водный промежуток технологического узла (бак-электрод) заряжает конденсаторы емкостного накопителя. При достижении заданного зарядного напряжения на конденсаторах срабатывает разрядник, напряжение срабатывания которого зависит от зазора между его электродами и устанавливается по тарировочной кривой разрядника. При этом энергия, накопленная в конденсаторах емкостного накопителя через высоковольтные шлейфы коммутируется в нагрузку.

Мы можем предложить генераторы импульсных токов параметры которых лежат в следующих диапазонах:

1. Диапазон выходных напряжений 0…125 кВ;

2. Диапазон выходной мощности 0…160 кВт;

3. Диапазон потребляемой мощности 0…300 кВА;

4. Диапазон частоты следования импульсов 0…1000 Гц;

5. Диапазон энергии в импульсе 0…100 кДж;

6. Диапазон разрядного тока 1…1000 кА;

7. Диапазон зарядного тока 0…100 А.

Мы можем изготовить ГИТ по Вашему индивидуальному техническому заданию в кратчайший срок. По требованию заказчика подбирается ГИТ с регулируемыми либо нерегулируемыми параметрами.

Основные принципы генерирования мощных импульсов тока — Мегаобучалка

Мгновенные значения мощности импульсных генераторов достигают огромных значений порядка сотен и тысяч киловатт. Для генерирования столь мощных импульсов тока или напряжения широкое применение нашли как сосредоточенные емкостные накопители, так и линейные ФД, состоящие из чисто реактивных элементов с минимальными потерями, способных запасать энергию в электрических полях конденсаторов или в магнитных полях катушек индуктивностей. При этом ФД выполняет две функ­ции – накопителя энергии и формирователя импульса [1], [4], [5], [7]. Генераторы, использующие сосредоточенные емкостные накопители, могут работать в режиме как полного, так и частичного разрядов. При полном разряде накопителя форма импульса определяется параметрами разрядного контура и в качестве коммутаторов могут использоваться полууправляемые коммутирующие приборы, такие, как тиратроны, игнитроны, вакуумные разрядники или тиристоры [9].

Рис. 1.3 Рис. 1.4

На рис. 1.3 показано, что емкостный накопитель С, заряжаемый от зарядного устройства ЗУ, подключается к нагрузке R c помощью ключа К.В случае частичного разряда емкостного накопителя должен быть использован полностью управляемый коммутатор, способный подключать нагрузку к накопителю на короткий отрезок времени, равный длительности импульсов, а затем отключать ее. Этот режим позволяет получать прямоугольные импульсы тока регулируемой длительности, причем параметры импульсов определяются как параметрами контура нагрузки, так и свойствами коммутатора. В качестве полностью управляемых ключей используются модуляторные лампы, силовые транзисторы или ключи постоянного тока, созданные на полууправляемых коммутирующих приборах. Работа генератора импульсов на основе ФД (рис. 1.4) подразделяется на две стадии, резко различающиеся по своей длительности. В течение сравнительно длительного времени осуществляется накопление энергии в ФД, для чего он посредством ключа К подключается к источнику питания Е через токоограничивающий резистор Rи. Затем ключ переключается из положения 1 в положение 2 и в течение кратковременной рабочей стадии t << запасенная энергия передается в нагрузку R. При этом благодаря формирующим свойствам ФД в нагрузке возникает прямоугольный импульс тока длительностью t.

В качестве ФД применяются отрезки однородных длинных линий с распределенными параметрами (ЛРП) или эквивалентные им цепи с сосредоточенными параметрами [2]–[4]. Простейшим примером однородной ЛРП являются два отрезка проводника, расположенных в одной плоскости параллельно друг другу (например, линия электропередачи или отрезок коаксиального кабеля). Поскольку любой проводник обладает собственной распределенной индуктивностью, а диэлектрик, находящийся между этими проводниками, являющимися одновременно обкладками, создает распределенную емкость, то система в целом приобретает свойства ЛРП и электромагнитные процессы в ней имеют волновой характер.

Существенным отличием ЛРП от реактивных формирующих цепей 1-го и 2-го видов является не только то, что ЛРП обладает свойствами ФД, но и то, что она в силу своей симметрии может быть представлена также четырехполюсником. Униполярность токов и напряжений в элементах ЛРП на отрезке времени 0…t дает возможность создавать на основе ОИЛ, эквивалентных ЛРП, принципиально новые формирующие устройства – линии с квазираспределенным диодом (ЛРД) и линии с квазираспределенным ключом (ЛРК) или с управляемым вентилем, обладающие и новыми формирующими свойствами [10]–[13]. Такие устройства, достаточно просто реализуемые на практике, позволяют решить целый ряд новых задач, определяемых потребностями импульсных электротехнологий и требующих регулируемого во времени импульсного энерговклада как в линейные, так и в нелинейные нагрузки.

1.4. Принципы построения зарядных устройств
емкостных накопителей

При работе генераторов импульсов различают две основные стадии – стадию заряда накопителя и стадию его разряда на нагрузку. В генераторах импульсов накопление энергии обычно происходит в электрическом поле конденсаторов, иногда – в магнитном поле индуктивностей. Следует отметить, что процесс хранения электромагнитной энергии в электрическом поле происходит практически без потерь, а хранение энергии в магнитном поле индуктивных элементов постоянно сопровождается протеканием тока и, соответственно, потерями, существенно снижающими КПД генераторов. В связи с этим на практике нашли применение в основном емкостные накопители энергии и процессы заряда рассматриваются в данной работе при­менительно только к ним. Поскольку процессы заряда во времени длятся существенно дольше процессов разряда, то даже в случае заряда ФД с расщепленным емкостным накопителем (РЕН), т. е. ФД 1-го рода и ОИЛ, сам ФД можно рассматривать как сосредоточенную емкость , значение которой определяется суммой емкостей ячеек. В ФД 2-го рода накопителем, как будет показано далее, является только одна емкость . В силу этого процесс заряда ФД всегда можно рассматривать как процесс заряда сосредоточенной емкости и проблемы заряда являются общими для цепей любого вида. Поскольку в большинстве случаев ФД за время генерирования импульсов разряжается полностью (согласованный режим разряда), начало процесса заряда происходит при нулевых начальных условиях. Так как в качестве источников питания в основном используются источники ЭДС, возникает проблема ограничения тока заряда, которая решается различными способами, а их выбор определяется в первую очередь рабочими частотами генераторов.

Наиболее простым и надежным является резистивный заряд емкостных накопителей от источника постоянного напряжения Е (рис. 1.5), который может быть использован при любых рабочих частотах. Этот вид заряда нашел широкое применение в генераторах с частичным разрядом емкостных накопителей, поскольку при этом удается получать приемлемые значения КПД процесса заряда [7]. Однако в случае работы генератора в режиме полного разряда ФД или емкостного накопителя КПД процесса заряда не превышает 50 %. Это существенно ограничивает область применения данного вида заряда, который может быть использован только в маломощных установках.

В тех случаях, когда рабочая частота генератора меньше частоты питающей сети ( < ), могут быть применены сетевые выпрямители с реактивными ограничителями тока заряда, включенными в фазные провода питающей сети. На рис. 1.6 в качестве примера приведена схема однофазного зарядного устройства, у которого ограничивающим зарядный ток элементом является индуктивный реактор , но может быть использован и емкостный балласт, когда вместо индуктивного реактора ставится конденсатор, способный работать на частоте питающей сети. Если рабочая частота генератора выше частоты питающей сети ( > ), используют выпрямители и промежуточные емкостные накопители , значение которых должно существенно превышать значение статической емкости ФД, т. е. >> , что позволяет рассматривать такой вид заряда как заряд от источника напряжения Е. Если при этом в качестве токоограничивающего устройства используется зарядная индуктивность , заряд называется индуктивным, а в присутствии диода VD (рис. 1.7) сам процесс заряда называется резонансно-диодным. Длительность процесса заряда, определяющаяся параметрами резонансного контура – , равна а наличие вентиля VD обеспечивает сохранение зарядного напряжения на уровне >E, причем в режиме полного разряда ФД = 2Е. Кроме этого, существуют еще два вида индуктивного заряда – резонансный, когда и линейный, когда .

Резонансно-диодный заряд представляет наибольший интерес, поскольку обеспечивает двойное напряжение заряда по сравнению с напряжением источника питания, позволяет в широких пределах регулировать выходную частоту генератора, избегая промежуточных переходных процессов, и имеет высокий КПД [9]. Некоторым недостатком этого вида заряда является сложность регулирования уровня зарядного напряжения, для чего обычно используются регулируемые источники питания, например управляемые выпрямители. Как будет показано далее, существуют схемные решения, позволяющие регулировать напряжение заряда при питании от источника неизменного напряжения.

Существенный интерес представляет собой заряд емкостных накопителей от источников тока. В качестве таких источников обычно используют индуктивно-емкостные преобразователи (ИЕП), которые преобразуют источники гармонического напряжения в источники гармонического тока и после выпрямления обеспечивают заряд емкостных накопителей постоянным и неизменным током.

Более сложной задачей является заряд расщепленных емкостных накопителей (РЕН), представляющих собой n конденсаторов, имеющих общую шину и n раздельных зажимов, которые обеспечивают подключение каждого накопителя к зарядным и разрядным цепям. Основной проблемой здесь является необходимость получения регулируемых в широких пределах уровней зарядных напряжений каждой из отдельных ячеек РЕН. Наиболее интересным представляется использование в качестве зарядного устройства одного общего нерегулируемого источника питания и коммутатора зарядного тока (КЗТ), обеспечивающего переключение общей цепи заряда с одной ячейки РЕН на другую без прерывания тока заряда.

2. Генераторы прямоугольных
импульсов тока на основе реактивных
формирующих двухполюсников

Генераторы импульсов (инжекционно-полевые транзисторы, негаваристоры)

Генераторы импульсов на аналогах инжекционно-полевых транзисторов (ИПТ), известных с 1973 г., одни из самых простых генераторов, работающих в широком диапазоне питающих напряжений [Рл 4/97-33].

На рис. 8.1, 8.2 приведены схемы аналогов ИПТ п- и р-структуры, выполненные на основе совместно включенных полевого и биполярного транзисторов [Рл 4/97-33].

Рис. 8.1

Рис. 8.2

При малом смещении на базе аналога ИПТ коллекторный ток биполярного транзистора невелик. При повышении напряжения на базе происходит скачкообразное изменение состояния ИПТ. Сопротивление перехода база-эмиттер аналога ИПТ из непроводящего состояния переходит в проводящее, и коллекторный ток резко возрастает. Устройство может быть преобразовано в релаксационный генератор импульсов (РГИ), если параллельно переходу эмиттер — база аналога ИПТ включить конденсатор.

На рис, 8.3 приведена схема управляемого РГИ звуковых частот на аналоге ИПТ. В качестве времязадающего конденсатора генератора использован пьезокерамический зуммер. Изменение сопротивления в цепи базы ИПТ от 24 до 510 кОм при ипит=9 В вызывает изменение частоты генерации от 1100 до 200 Гц, при этом потребляемый устройством ток уменьшается с 240 до 20 мкА. Генератор работает в диапазоне питающих напряжений от 3 до 10 В,

Рис. 8.3

Рис. 8.4

Менее экономичен генератор по схеме на рис. 8.4, который может работать в диапазоне напряжений питания от 1 до 10 Б. К управляющему электроду аналога ИПТ подключена времязадающая цепь (R1, С1). В качестве нагрузки РГИ использован телефонный капсюль ТК-67 (ТМ-2В). Частота генерации РГИ составляет 2,7 кГц при ипит=9 6, а потребляемый ток — 10 мА.

На основе аналога ИПТ могут быть выполнены и генераторы инфранизких частот, например, экономичный генератор вспышек света (рис. 8.5). При указанных на схеме номиналах частота генерации составляет 2 Гц. Поскольку генерируемые импульсы довольно короткие, ток, потребляемый устройством, невелик и колеблется в пределах от 20 до 120 мкА. Максимальный ток через

светодиод ограничен высоким внутренним сопротивлением биполярного транзистора, входящего в состав аналога ИПТ. Для снижения начальной амплитуды импульса тока через светодиод и транзистор в эту цепь можно подключить резистор сопротивлением 200. ..620 Ом.

Рис. 8.5

Рис. 8.6

В связи с высокой экономичностью и предельной простотой РГИ целесообразно использовать их в радиоэлектронной аппаратуре для индикации включенного состояния (подачи напряжения питания).

На рис. 8.6 приведена схема генератора импульсов звукового диапазона. При R1 =910 Ом, С1=1 мкФ и изменении напряжения питания от 2 до 10 Б частота генерации меняется от 5 до 500 Гц с увеличением потребляемого тока от 3 до 6 мА.

Генератор импульсов, представленный на рис. 8.7, отличается подключением времязадающего конденсатора. Генератор вырабатывает достаточно стабильные колебания синусоидальной формы: частота генерации меняется от 644 до 639 Гц при изменения напряжения питания от 3 до 10 Б, а потребляемый ток — от 4 до 5,5 мА.

Рис. 8.7

Рис. 8.8

Рис. 8.9

На рис. 8.8 и 8.9 показана возможность использования генераторов на основе ИПТ в качестве портативного маломощного преобразователя напряжения. Такие устройства можно использовать для подачи повышенных напряжений на управляемые полупроводниковые конденсаторы — варикапы. Преобразователь (рис. 8.8) работает при 1)пит=3…10 В (верхнее значение напряжения определяется типом используемых полупроводниковых приборов) и позволяет получить 11вых =2(11пит-1).

Преобразователь (рис. 8.9) нагружен на высокочастотный колебательный контур. При использовании катушки индуктивности от фильтра промежуточной частоты радиоприемника «ВЭФ» (индуктивность 260 мкГч) генератор работает на частоте 140…200 кГц в диапазоне напряжения питания от 1,5 до 10 В. Этот генератор можно использовать для создания портативного металлоискателя, см., например, рис. 21.1, 21.6.

При подборе сопротивления в цепи базы (рис. 8.9) изменяется потребляемый генератором ток, выходное напряжение и форма генерируемого сигнала (до синусоидального). При 11пит=0,7 В на выходе устройства было получено напряжение 5 В (R1=750 Ом, 1ПОТР=20 мА). С повышением напряжения питания до 1 В выходное напряжение достигает 20 В, а при 2 В — доходит до 27 В (потребляемый ток — 50 мА). Экономичность преобразователя растет с увеличением сопротивления в цепи базы.

На рис. 8.10 и 8.11 приведены схемы генераторов на аналогах ИПТ р-структуры. Как следует из сопоставления схем (см., например, рис. 8.9 и 8.10 и рис. 8.4 и 8.11), способы включения аналогов ИПТ п- и р-структур тождественны способам подключения биполярных транзисторов п-р-п и р-п-р типов (смена полярности источника питания). При изменении емкости конденсатора (рис. 8.11) от нуля (емкость монтажа и полупроводниковых переходов) до 0,33 мкФ частота генерации изменяется от 3,5 кГц до 200 Гц.

Рис. 8.10

Рис. 8.11

Устройство (рис. 8.11) может быть использовано в качестве широкодиапазонного генератора импульсов, простейшего электромузыкального инструмента, измерителя емкости конденсаторов, контроля изменения емкости конденсаторных датчиков, варикапов и т.д.

Устройство звукосветовой импульсной сигнализации — би-пер — предназначено для индикации включения узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры. Бипер (рис. 8.12) выполнен на аналоге инжекционно-полевого транзистора (транзисторы VT1, VT2) [Рл 2/01-18]. Бипер генерирует при включении привлекающие внимание короткие синхронные звуковые и световые сигналы. Величина резистора R1 определяет длительность звуковой посылки; R2 — паузы между ними. Конденсатор С1 является элементом времязадающей цепи; С2 — обеспечивает характерную «окраску» генерируемого звукового сигнала. В качестве зву-коизлучателя использован телефонный капсюль ТК-67 или микротелефон ТМ-2В. Средний ток, потребляемый устройством, составляет 1,5 мА при напряжении питания 6… 15 6. Если из схемы исключить светодиодный индикатор (HL1), бипер начнет работать при напряжении питания от 4 В.

Рис. 8.12

Все рассматриваемые в этой главе устройства выполнены на так незываемых негаваристорах — приборах, имеющих участок отрицательного динамического сопротивления на вольт-амперной характеристике. Если приведенные на рис. 8.1 — 8.12 схемы были реализованы на аналогах ИПТ (S-образная ВАХ), то показанные далее схемы генераторов (рис. 8.13 — 8.17) демонстрируют возможность использования другого рода структур (негаваристоров) для генерации электрических колебаний. Эти структуры (сочетание элементов, в них входящих) могут иметь принципиально иное построение, однако предназначены они для выполнения близких задач и обладают общим свойством: S-или N-образным видом ВАХ.

Звуковой генератор (рис. 8.13) собран на аналоге лямбда-диода и имеет в качестве нагрузки низкочастотный колебательный контур, состоящий из электромагнитного капсюля ТМ-2В (индуктивность) и конденсатора С1. Генер?.тер вырабатывает колебания, по форме близкие к синусоидальным, и потребляет ток до 0,4 мА при напряжении питания 1,5…2,5 В. Если последовательно с нагрузкой генератора включить дополнительно высокочастотный колебательный контур, устройство превратится в генератор высокочастотных сигналов с возможностью модуляции низкочастотными колебаниями.

Рис. 8.13

Рис. 8.14

Генераторы (рис. 8.14, 8.15) очень близки по построению. Для возбуждения этих генераторов (задания рабочей точки, в которой начинается процесс генерации) потребуется подбор рези-стивных элементов: R1 (рис. 8.14) и R2 (рис. 8.15).

Генератор импульсов (рис. 8.16) выполнен по схеме симметричного мультивибратора, но транзисторы включены инверсно (в «неправильной» полярности питающих напряжений) и с «оборванной» по постоянному току базой. Несмотря на столь экзотичное и необщепринятое включение, повреждения полупроводниковых элементов не происходит. Мощность, рассеиваемая на полупроводниковых переходах, крайне мала, поскольку в цепь нагрузки транзисторов включены резисторы с высоким сопротивлением. В таком режиме обычно работают биполярные лавинные транзисторы, см., например, схемы прак тического использования подобных генераторов (рис. 20.6, 20.7)

Рис. 8.15

Рис. 8.16

Рис. 8.17

На рис. 8.17 показана схема генератора импульсов, выполненная на тиристоре (Б.Е. Алгинин). Генератор работает в области звуковых частот (не выше нескольких кГц) и имеет достаточно высокую выходную мощность. Тиристор можно заменить его аналогом (рис. 2.2).

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

«Есть только МИГ…»

Cуществует отрасль науки и техники, которая занимается всем, что связано с мощными электрическими импульсами. Ученые детально исследовали широкий спектр таких электрофизических процессов, научились их предсказывать и контролировать.И – получать электрические импульсы поистине колоссальной мощности. Термин «сильноточная электроника», введенный академиком Г.А. Месяцем, вобрал в себя обширную тематику научных исследований и технических разработок в области импульсной энергетики и электроники, электрофизики и физики плазмы. Это как раз то, чем и занимаются томские ученые из Института сильноточной электроники СО РАН (Томск)

К присутствию электричества в нашей жизни мы привыкаем с детства и пользуемся им машинально. Электрическая энергия незаметно протекает по проводам, приводя в движение электродвигатели, оживляя электрические схемы, выделяется в виде тепла в электроплитах и чайниках, создает уют, вселяет в нас ощущение уверенности и стабильности.

Щелкая выключателем, мы не задумываемся, о том, что происходит в нем в этот момент, но недовольны, если выключатель искрит, а лампочка перегорает. Снимая свитер или гладя кошку, вздрагивая от треска искр, думаем: статическое электричество.

Однако это верно лишь наполовину. Статический – значит неподвижный, неизменный. Электрический заряд, накопившийся на свитере или кошачьей шерсти – статический. Само же потрескивание, напротив, – быстропротекающее, нестационарное явление. И маленькая вспышка при перегорании лампочки или предохранителя, и искровые разряды между электризуемыми предметами – все это процессы, имеющие форму коротких импульсов. Как правило, они приводят к переходу электрической цепи из одного состояния в другое: от отсутствия тока в цепи к его протеканию или, наоборот, от разности потенциалов к их выравниванию. Подобные явления так и называют – переходные. Если переходной процесс через короткое время заканчивается, то его называют импульсным.

В системах производства и потреблении электроэнергии неконтролируемые переходные и импульсные процессы вредны. Впрочем, есть немало устройств, действие которых основано на импульсном принципе. Вспомним пьезоэлектрическую зажигалку, фотовспышку, систему зажигания в автомобиле.

С мощнейшими природными импульсными процессами мы сталкиваемся во время грозы.

В повседневной жизни нас мало заботит, какова длительность переходного процесса при включении лампочки или какой длительности искры «генерирует» кот или шерстяной свитер. Мы едва ли задумываемся над тонкостями грозового разряда – молния уж точно у большинства людей вызывает ощущение неконтролируемой силы.

Однако существует отрасль науки и техники, предметом изучения которой является все, что связано с мощными электрическими импульсами. Ученые детально исследовали широкий спектр импульсных электрофизических процессов, научились предсказывать и контролировать их протекание. Кроме того, научились получать электрические импульсы поистине колоссальной мощности.

Наносекунды, мегаамперы, тераватты

Импульсная энергетика решает задачи генерирования и преобразования коротких мощных импульсов электрической энергии. Что касается словосочетания сильноточная электроника, то оно обозначает не электронику «особо точную», а электронику сильных токов. Обе дисциплины органично дополняют друг друга.

В обычной энергетике электрическая энергия вырабатывается и потребляется непрерывно. Импульсная энергетика оперирует с импульсами, длительность которых лежит в нано- или микросекундном диапазоне (миллиардные или миллионные доли секунды). Электрическая энергия сравнительно медленно запасается, а затем освобождается в виде короткого импульса с высоким напряжением и большим током. Мощность крупнейших импульсных генераторов приближается к 10¹⁴ Вт, или 100 ТВт (1 ТВт = 10¹² Вт). Для сравнения: суммарная мощность всех электростанций мира составляет около 2 ТВт.

Токи, создаваемые импульсными генераторами, достигают десятков миллионов ампер, напряжения – нескольких миллионов вольт. Энергия в импульсе может составлять десятки мегаджоулей (для сравнения: кинетическую энергию в 1 МДж набирает тело массой в одну тонну при падении с высоты 100 м).

Для того чтобы представить длительность импульсов, формируемых сильноточными генераторами, достаточно сказать, что за одну наносекунду свет в вакууме проходит всего 30 см, за микросекунду – 300 м. А ведь микросекундные сильноточные генераторы в этой области науки уже считаются «длинноимпульсными»!

По ступеням компрессии энергии

В любом импульсном генераторе присутствуют следующие элементы: накопители энергии, электрические коммутаторы (устройства для включения или прерывания тока), устройства для трансформирования тока или напряжения, линии для передачи импульсов и, наконец, нагрузка.

Первоначально электрическую энергию запасают в конденсаторах. По сравнению с обычными аккумуляторами конденсаторы способны куда более быстро отдавать ее, однако проигрывают по плотности запасаемой энергии: в лучшем случае она не превышает 100 кДж/м³. Чтобы быстро «выдать» энергию в несколько мегаджоулей, необходимо иметь уже довольно сложно устроенный конденсатор объемом в кубометры. Крупнейшие современные импульсные генераторы представляют собой установки национального уровня, а их создание требует интеллектуальных и материальных ресурсов в государственных масштабах.

Для получения высокого напряжения применяют различные способы. Можно, например, взять n конденсаторов и зарядить каждый из них до сравнительно низкого напряжения. А затем с помощью специальных коммутаторов включить все конденсаторы последовательно друг с другом. В результате напряжение также возрастет в n раз. Так работают генераторы Маркса. Другая возможность – использование импульсных трансформаторов.

Коммутатор – это выключатель, а точнее, включатель (в импульсной энергетике для замыкания электрической цепи и ее размыкания часто используют принципиально различные устройства). В обычном выключателе мы просто замыкаем металлические контакты. Однако так можно обеспечить, в лучшем случае, микросекундное время коммутации. За наносекунды механически сдвинуть массивные сильноточные электроды невозможно. Поэтому в мощных коммутаторах используется разряд между неподвижными электродами. Сегодня разработаны разрядники, способные надежно коммутировать мегавольтные напряжения и мегаамперные токи.

Два накопителя энергии, связанные друг с другом посредством коммутатора и трансформирующего устройства, называют ступенью компрессии электромагнитной энергии. На каждом шаге компрессии длительность электрического импульса уменьшается, а его мощность возрастает. Различные ступени компрессии энергии в импульсном генераторе могут работать по разным физическим принципам. Например, можно, разрядив батарею конденсаторов, «разогнать» ток в цепи, обладающей определенной индуктивностью, а затем быстро разорвать эту цепь. В соответствии с законом электромагнитной индукции, в месте разрыва возникнет импульс высокого напряжения.

Как теперь доставить сформированный импульс к месту приложения – нагрузке? При сверхвысоких мощностях это превращается в проблему. Обычные провода не годятся – при малой длительности импульса они становятся источником электромагнитного излучения, потерь энергии и сильнейших помех. Для передачи мощных импульсов используют передающие линии закрытого типа. Линии должны выдерживать без пробоя импульсные напряжения до нескольких мегавольт, чтобы понять, как они устроены, можно представить себе коаксиальный телевизионный кабель, увеличенный в поперечном сечении в сотню раз.

При транспортировке короткого электрического импульса важно сохранить как его энергию, так и форму. Поэтому среда, изолирующая линию, с одной стороны, должна быть электропрочной, а с другой – не должна обладать большой дисперсией, т. е. зависимостью скорости электромагнитных волн от их частоты. Малую дисперсию в наносекундном диапазоне времен имеют жидкие диэлектрики, например, трансформаторное масло. Минимальной дисперсией обладают среды с малой плотностью – газ и вакуум. Однако газ является хорошим изолятором лишь под большим давлением. А вот вакуум обладает превосходными изолирующими свойствами. Кроме того, использование вакуума в установках большого объема безопаснее и зачастую технически проще. Поэтому передающие линии с вакуумной изоляцией получили в импульсной энергетике широкое применение.

Однако и вакуум имеет свой предел электрической прочности! Выполненные к середине 1960-х гг. эксперименты по пробою вакуумных промежутков четко указывали на то, что значительную роль в этом явлении играют свойства электродов, ограничивающих промежуток. Тем не менее сам механизм вакуумного электрического пробоя долгое время оставался загадкой. Но об этом немного позже.

В поисках «экстрима»

Сильноточный импульс – желанный инструмент для ученого, исследующего вещество в условиях экстремально высокой плотности вложенной энергии. Знания о свойствах вещества при высокоэнергетических воздействиях стали особенно нужны с развитием атомной энергетики и исследований по управляемому термоядерному синтезу в связи с созданием новых видов вооружений.

Как наиболее просто вложить энергию мощного электрического импульса в вещество? Перемкнем промежуток между двумя электродами тонкостенным металлическим цилиндром или набором тонких проволочек либо просто впрыснем газ. При приложении к промежутку сильноточного импульса протекающий ток испарит вещество, ионизует газ. Образуется так называемый плазменный лайнер, и далее ток будет протекать уже по нему. Сильное магнитное поле тока будет действовать на заряженные частицы, движущиеся в плазменном столбе, заставляя лайнер сжиматься к оси. На оси произойдет столкновение плазменных слоев, и их кинетическая энергия перейдет в тепловую. Явление, которое мы описали, получило название Z-пинч (от англ. pinch – сжимать; а буквой Z обычно обозначают осевое направление в цилиндрически симметричных задачах).

Если в качестве лайнера использовать не широкий пустотелый цилиндрик, а узкий сплошной металлический, то при его сжатии можно получить давление в десятки миллионов атмосфер! При таких давлениях плотность вещества в 3–4 раза превышает плотность исходного твердого тела (которое, согласно школьному курсу физики, считается практически несжимаемым). Теория предсказывает для такого состояния вещества, еще не получившего названия, весьма неожиданные свойства. Добавим, что вне лаборатории единственное место, где материя существует в близком состоянии, – это внутренность ядерного взрыва и ядер некоторых звезд.

Другой областью применения Z-пинчей стала импульсная радиография. В момент наибольшего сжатия вещество лайнера порождает мощную вспышку излучения в мягком рентгеновском диапазоне. Использование таких рентгеновских потоков дает уникальную возможность заглянуть внутрь плотных короткоживущих физических объектов (внутрь того же ядерного взрыва). Еще одно применение мощных рентгеновских импульсов – радиационные испытания различных устройств и аппаратуры.

Исследования Z-пинчей с самого начала проводились с прицелом на решение важнейшей практической задачи, стоящей перед человечеством, – получения термоядерной энергии. Известно, что осуществить управляемый (или, по крайней мере, «дозированный») «термояд» можно двумя различными способами. Первый способ предполагает нагрев и удержание дейтерий-тритиевой плазмы в течение продолжительного времени – десятки секунд. В таком режиме работает, например, токамак – тороидальная установка для магнитного удержания плазмы (Э. П. Кругляков «Звездные реакторы» //НАУКА из первых рук, 2005. № 2).

Другой подход к получению термоядерной плазмы – импульсный. В миллиметрового размера дейтерий-тритиевую мишень нужно вложить энергию за столь малое время, чтобы термоядерная реакция произошла прежде, чем нагретое до огромной температуры вещество разлетится. Речь идет о периоде порядка 10 нс. Чтобы выделившаяся при реакции энергия значительно превысила вложенную, энерговклад в мишень должен составлять несколько сотен килоджоулей. При этом ввод энергии и сжатие мишени должны быть выполнены сферически симметрично.

Лучше всего нагревать термоядерное горючее мощным импульсом рентгеновского излучения внутри специальной, также миллиметрового размера, полости. В свою очередь, для нагревания стенок полости до «рентгеновских» температур эффективны два способа.

Во-первых, можно использовать мощные лазерные импульсы с мегаджоульной энергией. В мире создается несколько исследовательских лазерных термоядерных комплексов, из которых два наиболее мощных – это NIF в США (на этой установке уже ведутся пусконаладочные работы) и LMJ во Франции. В разработке прототипов импульсных источников питания для оптической накачки лазеров комплекса LMJ принимал участие и Институт сильноточной электроники СО РАН (Томск).

Другой метод рентгеновского нагрева мишени основан на использовании Z-пинча. В этом случае мишень помещается внутрь лайнера. Этот подход по эффективности использования энергии значительно превосходит лазерный. Впрочем, для его реализации требуется создание не менее масштабной электрофизической установки. По расчетам, ток через Z-пинч должен составлять 60–70 миллионов ампер. Проект такого супергенератора разрабатывается в Национальной лаборатории Сандия (США) при активном участии Института сильноточной электроники. В ИСЭ разработаны LTD-ступени – базовые модули для линейных импульсных трансформаторов, сотни которых лягут в основу установки мощностью 1 петаватт (1 ПВт = 10¹⁵ Вт).

Рожденные микровзрывом

Обратимся к физическому объекту, определившему второе слово в названии «сильноточная электроника», – электрону. Сразу после создания первых мощных импульсных генераторов были предприняты попытки использовать сильноточные высоковольтные импульсы для получения электронных пучков.

Сформировать такой пучок несложно. Достаточно приложить высоковольтный импульс к вакуумному промежутку между двумя электродами, один из которых (катод) испускает электроны, чтобы получить на аноде поток ускоренных электронов с кинетической энергией, соответствующей приложенному напряжению. Однако нетривиальной задачей стало создание эффективных источников электронов – сильноточных эмиттеров. Ни один из известных видов электронной эмиссии, которых немало, не обеспечивал той величины тока, которую были способны выдавать импульсные генераторы – на 4—5 порядков большие!

Способ получения мощных электронных пучков подсказала сама природа, причем там, где разработчики импульсных генераторов боролись с серьезной проблемой – пробоем вакуумной изоляции. Этот способ появился после того, как в середине 1960-х гг. группе исследователей под руководством Г. А. Месяца удалось в уникальных экспериментах однозначно доказать механизм электрического пробоя в вакууме. Обнаруженный новый механизм эмиссии электронов, получивший название взрывной эмиссии, был официально зарегистрирован в 1976 г. как научное открытие.

Суть явления взрывной эмиссии состоит в том, что под действием сильного электрического поля, созданного вблизи металлической поверхности в вакууме, за наносекундные времена происходит термическое взрывное разрушение микроскопических неоднородностей металла. В результате микровзрывов образуется плотная плазма, из которой под действием поля и извлекаются электроны. Плазма – самый совершенный из созданных природой эмиттер. Плотность тока взрывоэмиссионных электронов может быть чрезвычайно высокой.

Взрывоэмиссионные катоды позволили генерировать электронные пучки с недостижимой ранее силой тока, полностью соответствующей возможностям импульсных генераторов. На основе генераторов с такими катодами были созданы мощные импульсные лазеры, рентгеновские трубки, ускорители заряженных частиц.

Сильноточные пучки ускоренных электронов можно использовать для генерации мощного жесткого рентгеновского излучения. Технически это несложно: достаточно затормозить такой пучок на мишени из плотного материала. Рождающееся при этом электромагнитное излучение называют тормозным. Эффективность генерации тормозного излучения тем выше, чем больше заряд ядра атомов мишени и выше энергия электронов в пучке.

На основе сильноточных генераторов со взрывоэмиссионными катодами создано семейство импульсных рентгеновских источников самых разных мощностей и размеров – от переносных аппаратов до стационарных «монстров», позволяющих выполнять радиационные испытания крупных технических объектов.

Наиболее обширная область применения всех электронных пучков – генерация электромагнитных колебаний в радио- и СВЧ-диапазоне. Известно, что чем выше энергия электронов, тем более высоких частот можно достичь благодаря релятивистским эффектам. Использование сильноточных пучков в СВЧ-электронике позволило сразу на несколько порядков увеличить пиковую мощность излучения, при этом перейдя из метрового радиодиапазона в область санти- и миллиметровых длин волн. Возникла новая научная отрасль – релятивистская высокочастотная электроника.

Мощности современных СВЧ-генераторов достигают нескольких гигаватт. Это в миллионы раз больше, чем мощность бытовых микроволновых печей и в десятки тысяч раз больше мощности СВЧ-генераторов непрерывного действия, используемых в системах теле- и радиовещания. Впрочем, запечь курицу с помощью импульсно-периодического релятивистского генератора не так-то просто: его средняя мощность редко более киловатта.

Одним из основных применений импульсно-периодических СВЧ-генераторов стала радиолокация. Малая длительность импульса в сочетании с высокой пиковой мощностью позволила определять расстояние до цели с точностью до метра при дальности обнаружения 100—200 км, а высокая частота повторения импульсов – эффективно отделять мелкие движущиеся объекты от крупных неподвижных.

Другая сфера использования мощных СВЧ-генераторов – тестирование электронной аппаратуры. Не всякое электронное устройство способно сохранить работоспособность при облучении электромагнитной волной, вызываемой пробой воздуха!

С помощью сильноточного электронного пучка удалось разрешить еще одну проблему: в 1970-х гг. произошел прорыв в области лазерной техники – были созданы мощные лазеры на основе объемного электрического разряда в газе повышенного давления. В чем же принципиальная сложность создания таких лазеров? Для осуществления лазерной генерации необходимо иметь неравновесную среду. Такую среду можно было бы создать, реализовав объемное протекание тока в газовом разряде. Увы, эта форма горения разряда устойчиво существовала лишь в длинных трубках при малых давлениях газа. Все попытки увеличить давление приводили к тому, что объемная форма протекания тока сменялась канальной, в которой генерация лазерного излучения невозможна.

Ускоренные электроны способны эффективно ионизовать среду, через которую они проходят, в том числе и газ высокого давления. Чем выше интенсивность электронного пучка, тем выше объемная проводимость получившейся газовой плазмы и тем большую энергию можно ввести в активную среду лазера. В результате многолетних исследований удалось построить системы с рекордными значениями энергии и мощности лазерного излучения.

В заключение кратко коснемся технологических применений мощных импульсных устройств. Количество электронно-ионно-плазменных технологий, реализованных на их основе, в последние годы растет лавинообразно. Важное место среди них занимает производство наноструктурных материалов.

Значительные перспективы связаны с промышленным внедрением технологий электронно-пучковой модификации поверхности металлических изделий. Облучая металл коротким мощным пучком, можно мгновенно отполировать до зеркального блеска поверхность даже очень сложной формы – сделать это механически практически невозможно. Плавясь под пучком и мгновенно остывая, тонкий, в несколько микрон, слой металла очищается от примесей, приобретает нанокристаллическую структуру, обладающую высокой твердостью, коррозионной и износостойкостью. Импульсному электронному пучку подвластны даже капризные в обработке, хрупкие сверхтвердые инструментальные сплавы. Комбинированными пучково-плазменными методами можно создавать поверхностные сплавы с составом и свойствами, невозможными с точки зрения традиционной металлургии.

На основе многолетних исследований газового разряда низкого давления в Институте сильноточной электроники СО РАН разработаны эффективные источники плазмы как газов, так и многих металлов. С помощью таких источников можно с большой скоростью проводить модификацию поверхностного слоя металлических изделий (например, азотирование), а также наносить на поверхность тонкие покрытия с целью придания ей необходимых функциональных свойств. Более того, прочные тонкие пленки оказалось возможным наносить даже на стекло и пластмассу.

Сильноточные импульсные пучки электронов показали свою эффективность в технологических процессах отвердения и модификации лаковых покрытий и рулонных полимеров, стерилизации медицинского инструмента и порошкообразных материалов, в плазмохимии, при обезвреживании дымовых газов. По индивидуальному свечению под действием электронных пучков стало возможно идентифицировать многие поделочные и драгоценные камни. Электрический взрыв проводников позволил получать наноразмерные порошки.

Итак, мы видим, что сильноточные импульсы и электронные пучки являются не только интереснейшим научным объектом и инструментом для фундаментальных исследований, не только служат задачам обороны и мирного «термояда» отдаленного будущего, но и готовы трудиться «на благо народного хозяйства»: незримо, мощно и эффективно.

Литература

Бугаев С. П., Крейндель Ю. Е., Щанин П. М. Электронные пучки большого сечения. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

Королев Ю. Д., Месяц Г. А. Физика импульсного пробоя газов. – М.: Наука, 1991.

Кремнев В. В., Месяц Г. А. Методы умножения и трансформации импульсов в сильноточной электронике. – Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1987.

Месяц Г. А. Импульсная энергетика и электроника. – М.: Наука, 2004.

Месяц Г. А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. – М.: Наука, 2000.

Мощные наносекундные импульсы рентгеновского излучения / Месяц Г. А., Иванов С. А., Комяк Н. И., Пеликс Е. А. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

Mesyats G. A., Osipov V. V., Tarasenko V. F. Pulsed Gas Lasers. – Bellingham: SPIE Optical Engineering Press, 1995.

Генератор сильноточных импульсов

• Ресурс исследования
• Исследовать
  • Искусство и гуманитарные науки
  • Бизнес
  • Инженерная технология
  • Иностранный язык
  • История
  • Математика
  • Наука
  • Социальная наука

  Лучшие подкатегории

  • Продвинутая математика
  • Алгебра
  • Базовая математика
  • Исчисление
  • Геометрия
  • Линейная алгебра
  • Предалгебра
  • Предварительный расчет
  • Статистика и вероятность
  • Тригонометрия
  • другое →

  Лучшие подкатегории

  • Астрономия
  • Астрофизика
  • Биология
  • Химия
  • Науки о Земле
  • Наука об окружающей среде
  • Науки о здоровье
  • Физика
  • другое →

  Лучшие подкатегории

Генерация импульсов для двенадцатиимпульсного и шестиимпульсного тиристора преобразователи

Simscape / Электрооборудование / Специализированные энергосистемы / Управление и измерения / Импульсные и Генераторы сигналов

Simscape / Электрооборудование / Специализированные энергосистемы / Основные блоки / Электроэнергия Электроника / генераторы импульсов и сигналов

Описание

Блок генератора импульсов (тиристор) генерирует две последовательности импульсов.Они управляют двенадцатипульсным тиристорным преобразователем, состоящим из двух трехфазных двухполупериодные тиристорные мосты (также называемые мостами Гретца). В стабильном состоянии При условии, что каждая последовательность импульсов состоит из шести равноудаленных прямоугольных импульсов со сдвигом между ними 60 градусов.

Первый набор импульсов (PY) отправляется на шестиимпульсный мост подключен к вторичной обмотке типа звезда (Y) преобразователя Y / Y / Delta трансформатор. Второй набор импульсов (PD) отправляется на шестиимпульсный мост соединен с треугольником вторичной обмотки преобразователя трансформатора.Импульсы частичного разряда можно настроить так, чтобы они опережали или отставали от импульсов частичного разряда на 30 электрических величин. градусов, в зависимости от конфигурации соединения треугольником преобразователь трансформатор.

На следующем рисунке показан пример генератора импульсов (тиристора). блок, подключенный к двенадцатипульсному тиристорному преобразователю.

Блок генератора импульсов (тиристор) может быть запрограммирован для управления шестиимпульсный тиристорный преобразователь из одного трехфазного двухполупериодного тиристорный мост. В этой конфигурации последовательность импульсов частичного разряда не генерируется, и блок выводит только последовательность импульсов PY.Пульс поезд, переименованный в P, подходит для моста Гретца, подключенного к преобразователю трансформатор, без сдвига фаз между первичной и вторичной обмотками.

Порядок следования импульсных последовательностей соответствует естественному порядок коммутации трехфазного тиристорного моста, как показано на следующий рисунок.

В таблице ниже указаны коммутирующие напряжения для тиристоров в зависимости от трансформатора. подключение. Подключение трансформатора отражает фазовый сдвиг между источником переменного тока. и тиристоры.

Блок генератора импульсов (тиристор) управляется альфа опорным сигналом угла и сигналом синхронизации wt .Сигнал wt представляет собой угол, изменяющийся от 0 до 2 * пи радиан, синхронизированный на переходах через нуль основной (прямой) фазы А первичного напряжения преобразователя трансформатора. Сигнал wt обычно получается из системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Блок генератора импульсов (тиристор) генерирует внутренний вес пандусы для управления импульсами. Угол задержки альфа выражается в электрические градусы, на которые импульс задерживается относительно угла ноль его коммутирующего напряжения.На рисунке показано, как пульс PY поезд сформирован.

Блок генератора импульсов (тиристор) можно настроить для работы в двухимпульсном режиме. В этом режиме на каждый тиристор подается два импульса: первый импульс при достижении альфа-угла, а затем второй импульс 60 градусов спустя, когда сработает следующий тиристор. Этот рисунок показывает двойные импульсы в серии импульсов PY.

Генераторы импульсов среднего и высокого напряжения (время нарастания> 1 нс)

Твердотельные генераторы импульсов — Ness Engineering Inc.

Твердотельные импульсные генераторы или модуляторы обычно разрабатываются для управления импульсными высоковольтными нагрузками.Самым большим преимуществом твердотельной коммутации является то, что коммутационные устройства могут иметь практически неограниченный срок службы. В то время как другие мощные переключатели, такие как тиратроны и искровые разрядники, имеют характеристики, ограничивающие срок службы до некоторого конечного уровня (обычно срок службы нагревателя / резервуара для тиратронов и эрозии электродов или покрытия изолятора для искровых промежутков), твердотельные устройства не имеют аналогичные эквивалентные ограничители (усталость проволочного соединения может ограничить срок службы в некоторых случаях, но при соответствующем снижении номинальных характеристик устройства даже при этом можно обеспечить очень длительный срок службы).В результате затраты на обслуживание такой системы могут быть ниже, чем затраты на техобслуживание других коммутационных устройств. К сожалению, пиковая мощность твердотельных устройств обычно не так высока, как у других коммутаторов. В результате часто требуются последовательные и / или параллельные массивы устройств для удовлетворения общих требований к коммутации.

Технологии твердотельной коммутации:

• SCR (с магнитным усилителем и без него)
• Силовые МОП-транзисторы
• ГТО (тиристоры с выключением затвора)
• IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором)

Примеры проектов:

Твердотельный импульсный модуль питания эксимерного лазера (SSPPM)

Технические характеристики

• Твердотельное переключение (SCR или IGBT) для генерации начального импульса и длительного срока службы модуля
• 2-3 ступени сжатия магнитных импульсов для быстрого нарастания выходного сигнала
• Повышающий трансформатор с низкой индуктивностью рассеяния обеспечивает умножение напряжения
• Зарядка конденсатора HVPS или команда резонансного заряда для обеспечения работы с высокой частотой повторения
• Передовые методы управления температурой, используемые для отвода тепла с высокой частотой повторения

Технические характеристики твердотельного импульсного модуля питания (SSPPM)

• Входное напряжение: до ~ 2500 В
• Выходное напряжение: до ~ 45 кВ
• Непрерывная частота повторения: 1000-6000 Гц
• Время нарастания выходного импульса: 30 — 150 нс

и SSPPM с переключением SCR.HVPS для зарядки конденсатора обеспечивает начальную зарядку SSPPM. Затем параллельные переключатели SCR разряжают энергию импульса в трехступенчатую схему сжатия магнитных импульсов и импульсный трансформатор, чтобы генерировать окончательный выходной импульс, подаваемый на нагрузку лазерной камеры.

и IGBT-переключателем SSPPM. Система HVPS и резонансная система зарядки (с de-qing) обеспечивают быструю импульсную зарядку SSPPM для высоких (4000 Гц и выше) частот повторения, необходимых для этих приложений.Затем двойные параллельные IGBT разряжают энергию импульса в двухступенчатый магнитно-импульсный компрессор и импульсный трансформатор.

MOPA SSPPM показана система HVPS и резонансной зарядки (с цепью de-qing), заряжающая две параллельные идентичные системы SSPPM (для лазерных каналов MO и PA). Общая система зарядки в этом случае сводит к минимуму временные колебания между лазерными каналами главного генератора и усилителя мощности из-за разницы зарядного напряжения, которая затем переходит в временные колебания на стадиях сжатия магнитных импульсов.

Твердотельный импульсный модуль с фокусировкой плотной плазмы

EUV Dense Plasma Focus (DPF) SSPPM Аппаратное обеспечение. Слева направо показана схема смещения магнитного переключателя, последовательный диод и триггерное оборудование IGBT, переключатели IGBT, конденсаторная батарея C0, конденсаторная батарея C1, импульсный трансформатор и конденсаторная батарея C2. Загрузочная камера DPF будет прикреплена на правом конце машины.

Более подробную информацию о технической конструкции и характеристиках этих конкретных систем модулятора можно найти в опубликованных технических документах «Десятилетие разработки твердотельных импульсных модулей питания в Cymer Inc.»,« Конструкция твердотельного импульсного силового модуля (SSPPM) для устройства плотной плазменной фокусировки (DPF) для приложений полупроводниковой литографии »и« Данные о сроке службы и надежности коммерческих модулей систем питания эксимерных лазеров »для этих модуляторов.

К началу

Система резонансной зарядки модулятора клистрона 520 МВт

Технические характеристики

• Применение: Модулятор клистрона высокой мощности
• Твердотельный (SCR), 45 кВ, узел командного переключателя зарядки с оптоволоконной триггерной системой инициирует резонансную зарядку модулятора PFN
• 1 Генри, масляная изоляция, водяное охлаждение, зарядный индуктор со вторичной обмоткой de-qing
• Твердотельный переключатель и схема de-qing позволяют точно регулировать зарядное напряжение PFN
• Сборка полупроводниковых зарядных диодов
• Сети для снятия пиков снижают переходные напряжения на компонентах

Технические характеристики

• Входное напряжение: до 45 кВ
• Выходное напряжение: до 75 кВ
• Время резонансной зарядки: 5 мс
• Непрерывная частота повторения: до 50 Гц
• Средняя мощность: 380 кВт
• Регулировка мощности: ~ +/- 0.2%

Модулятор клистрона 520 МВт Резонансная зарядка Твердотельный переключатель 45 кВ в сборе, расположенный на верхней части корпуса индуктора зарядки. Двадцать последовательно соединенных тиристоров зажаты в пластинах радиатора. В правой части рисунка показаны градуирующие резисторы, используемые для обеспечения равного распределения напряжения в последовательном массиве. Слева от резисторов находятся переключающие диоды, встроенные в оптоволоконные триггерные цепи, чтобы гарантировать быстрое включение устройств в случае возникновения перенапряжения.Волоконно-оптическая схема запуска также получает все свои требования к мощности из напряжения, приложенного к узлу переключателя перед срабатыванием, что устраняет необходимость в изолированном питании, специально используемом только для запуска. Чтобы уменьшить общий объем сборки, половина триггерных цепей расположена на ближней стороне переключателей, а другая половина — на дальней стороне. Видно, что несколько триггерных волокон спускаются по левой стороне узла переключателя и входят в цепи триггера.

Модулятор клистрона мощностью 520 МВт Резонансная зарядка Твердотельный переключатель в сборе на 45 кВ Крупным планом: тиристоры в центре слева, дополнительные силовые резисторы, используемые в RC-градационной сети, и четыре печатные платы триггера с оптоволоконными кабелями, входящими в платы с триггером сигнал. Также показаны изолирующие стержни с резьбой, которые проходят через переключатель вертикально и зажимают вместе весь узел, помещая устройства SCR между пластинами радиатора.

520MW Klystron Modulator De-Qing Network, установленный на стене корпуса системы.Переключатель de-qing представляет собой одиночный тиристор, установленный между радиатором с водяным охлаждением и расположенный в верхнем правом углу узла de-qing. Массив конденсаторов расположен рядом с переключателем de-qing, чтобы критически погасить энергию, остающуюся в цепи, и рассеять ее до следующего импульса в узле резистора de-qing, который занимает большую часть нижней части узла. Эти 24 керамических резистора в форме хоккейной шайбы зажаты между несколькими охлаждаемыми водой пластинами. Затем весь узел зажимается изолирующим стержнем с резьбой.Наконец, под переключателем de-qing находится набор водяных коллекторов, которые распределяют охлаждающую воду по всему узлу на каждую из охлаждаемых водой холодных пластин и компонентов.

520 MW Klystron Modulator PFN Charging Current and Voltage Waveforms показывает полусинусоидальную форму волны резонансного зарядного тока PFN (завершенную несколько раньше процессом de-qing) и типичную форму волны напряжения PFN «1-cos», связанную с командным резонансным зарядом, заканчивающимся с напряжение 71.2 кВ на конденсаторах ПФН.

Более подробную информацию о техническом дизайне и характеристиках этой системы модулятора в целом можно найти на странице «Опыт работы с модулятором линейного типа» компании Ness и в опубликованных технических документах по системе модулятора клистрона мощностью 520 МВт и системе командной резонансной зарядки для этого модулятора.

К началу

0,5 МВт (средн.) Твердотельный модулятор 60 кГц

Технические характеристики

• Заказчик: Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса
• Применение: Блок питания экстрактора (пластины) для экстракции изотопов на атомарном лазере (AVLIS)
• Источник питания 6 кВ, 80 А постоянного тока
  • 12 импульсов, 480 В, регулировка фазы SCR обеспечивает регулировку и регулировку
  • Комплект трансформатора / выпрямителя с воздушной изоляцией (T / R)
• Коммутационная матрица серии MOSFET, 40 (последовательно) x 60 (параллельная) генерирует выходные импульсы в емкостной нагрузке
• Массив шунтирующих переключателей на полевых МОП-транзисторах (40 (последовательно) x 10 (параллельных)) завершает выходные импульсы и разряжает емкостную нагрузку
• Коммутируемый генератор «предимпульсов» ГТО обеспечивает начальный «тестовый» импульс
• Смещенный насыщаемый реактор ограничивает токи короткого замыкания до тех пор, пока массивы полевых МОП-транзисторов не успеют выключиться.
• Компьютерный интерфейс, а также панели местного / дистанционного управления позволяют работать с компьютера LLNL
• Система дивертора работает в случае короткого замыкания нагрузки
  • 2 (резервных) выключателя ignitron с ломом рассеивают энергию, накопленную в конденсаторной батарее 570 мФ
  • Дивертер также защищает массивы переключателей MOSFET

Технические характеристики

• Входное напряжение: до -6 кВ
• Выходное напряжение: от -500 до -5500 В
• Пиковый ток: 700 А
• Действующий ток: 150 А
• Средний ток: 80 А
• Время нарастания импульса тока: менее 500 нс
• Текущее время затухания: 3 мс (е-кратное)
• Длительность импульса: от ~ 16 мс до постоянного тока
• Время между импульсами: 1.От 75 мс до 256 мс
• Частота повторения: постоянный ток или от 5,5 кГц до 30 кГц (60 кГц при пониженной мощности)
• Пиковая мощность: 4,2 МВт
• Средняя мощность: 0,5 МВт

с модулятором 60 кГц, показывающая соединения основной платы питания с объединительной платой вверху. Двадцать параллельно соединенных силовых полевых МОП-транзисторов прикреплены к трем охлаждающим пластинам с водяным охлаждением, расположенным вертикально на фотографии. Приемник оптоволоконного триггера и передатчик подтверждения состояния расположены в правом нижнем углу изображения под алюминиевым экраном EMI.Три набора дополнительных схем управления разветвлением триггера расположены внизу между радиаторами и схемами бортовой диагностики, расположенными на нижнем краю платы. Сорок из этих плат в сборе были последовательно соединены в структуре объединительной платы модулятора, чтобы действовать как главный последовательный переключатель в подаче импульсной энергии на нагрузку для зарядки пластин экстрактора.

Крупным планом — сборка печатной платы с полевым транзистором серии модулятора 60 кГц, показывающая детали триггера MOSFET и схемы защиты по напряжению.Большой резистор используется для обеспечения правильной градации постоянного напряжения, в то время как устройства Transzorb обеспечивают аналогичную градацию напряжения в переходных условиях. Как видно, отдельные предохранители используются для изоляции каждой ячейки MOSFET от параллельных соседей в случае короткого замыкания устройства.

Монтаж силовых полевых МОП-транзисторов на печатной плате полевых транзисторов серии модулятора 60 кГц показан на этой фотографии.

Печатная плата шунтирующего полевого транзистора модулятора 60 кГц, показывающая четыре последовательно соединенных секции из 10 параллельных полевых МОП-транзисторов.Поскольку шунтирующий или «хвостовой» переключатель в этом приложении требовал меньшего допустимого среднеквадратичного тока, требовалось только 10 параллельных полевых МОП-транзисторов в каждой последовательной секции. В результате каждая сборка печатной платы аналогичного размера могла содержать четыре последовательных секции, и в модулятор для всего шунтирующего переключателя требовалось всего 10 сборок печатных плат с шунтирующими полевыми транзисторами.

Общая сборка полевых транзисторов серии модулятора 60 кГц, на которой показаны все 40 последовательно соединенных сборок полевых транзисторов серии FET, уложенных друг на друга на краю и установленных на объединительной плате модулятора.Как можно видеть, оптоволоконные соединения проложены петлей от верхней части каждой платы к соединениям передатчика и приемника, в то время как соединения входа и выхода охлаждающей воды выполнены в нижней части каждой печатной платы.

Габаритные шкафы модулятора 60 кГц, показывающие комплект трансформатора / выпрямителя (T / R) модулятора и корпус регулятора фазы справа. Ближайший корпус с левой стороны содержит батарею конденсаторов фильтра постоянного тока и узел дивертерного переключателя игнитрона, расположенный в нижней половине шкафа (индикаторы корпуса дивертерной электроники можно увидеть в правом нижнем углу).Кроме того, это модуляторная часть системы. Сборка последовательного полевого транзистора находится в задней половине корпуса (на дальней стороне), а сборка шунтирующего полевого транзистора имеет покрытие в среднем отсеке верхней ближней стороны. Слева от сборки шунтирующих полевых транзисторов находится несколько шасси операторского управления для местного управления источником питания постоянного тока высокого напряжения, а также модулятором.

Более подробную информацию о техническом дизайне и характеристиках этой общей модуляторной системы можно найти в опубликованных технических документах на 0.Твердотельный модулятор мощности 5 МВт 60 кГц и переключение высокой мощности с использованием массивов силовых полевых транзисторов для этого модулятора.

К началу

Импульсный источник питания 1 кВ

Технические характеристики

• Заказчик: ITT Corporation
• Применение: Поддержка испытательной станции для обслуживания РЛС с фазированной антенной решеткой с генераторами импульсов сети 1 кВ
• Твердотельное переключение (IGBT) для генерации импульсов и длительного срока службы модуля
• IGBT также должен открываться против импульсного тока в конце импульса
• Оптоволоконный изолированный триггер для плавающего высоковольтного переключателя IGBT
• Модулятор в виде жестких трубок, в котором батарея накопительных конденсаторов накапливает энергию импульса и достаточную дополнительную энергию для минимизации спада импульсов
• Зарядка конденсатора HVPS
• Выходной импульс соответствует длительности входного триггерного импульса (8-512 мс)
• Конструкция должна выдерживать условия короткого замыкания нагрузки

Технические характеристики

• Выходное напряжение: до 1200 В
• Длина выходного импульса: от 8 до 512 мс
• Падение выходного напряжения: <50 В при 250 мс
• Превышение выходного напряжения: <25 ВВ
• Непрерывная частота повторения: до 20 Гц
• Время нарастания выходного импульса: <250 нс
• Время спада выходного импульса: <1 мс
• Размер: 19 ″ Ш x 18 ″ Г x 5.25 ″ T
• Вес: <40 фунтов

Импульсные источники питания на 1 кВ

Внутренний вид импульсного источника питания 1 кВ

К началу

Тестер магнитных сердечников 2 кВ

Технические характеристики

• Заказчик: Magnetics Inc.
• Применение: НИОКР, испытания малых магнитных сердечников в быстрых масштабах времени насыщения
• Твердотельное переключение (IGBT) для генерации импульсов и длительного срока службы модуля
• IGBT также должен открываться против импульсного тока в конце импульса
• Оптоволоконный изолированный триггер для плавающего высоковольтного переключателя IGBT
• Модулятор в виде жестких трубок, в котором батарея накопительных конденсаторов накапливает энергию импульса и достаточную дополнительную энергию для минимизации спада импульсов
• Зарядка конденсатора HVPS
• Регулируемая длительность выходного импульса от 2 до 200 мс)

Технические характеристики

• Выходное напряжение: до 2000 В
• Длина выходного импульса: от 2 до 200 мс
• Время нарастания выхода: <1 мс
• Выходной ток: 0-100 А пик
• Ток смещения: 0-3 А постоянного тока
• Размер: 19 ″ Ш x 28 ″ Г x 7 ″ Т
• Вес: <50 фунтов

Тестер магнитных сердечников на 2 кВ, вид сверху

Тестер магнитных сердечников на 2 кВ, вид спереди

Тестер магнитного сердечника 2 кВ, вид изнутри

К началу

сети формирования импульсов | General Atomics

Одно из основных применений конденсаторов General Atomics Energy Products в схемах — это Pulse Forming Networks или PFN . PFN обычно состоят из ряда конденсаторов и катушек индуктивности, расположенных так, что импульсы разряда конденсаторов разнесены во времени, что приводит к прямоугольному или трапециевидному импульсу тока с относительно плоской вершиной.Прямоугольные импульсы необходимы для различных типов нагрузок, включая ускорители заряженных частиц, микроволновые источники и лазеры.

Распространенной формой PFN , используемой в модуляторах радара, является сеть Guillemin типа E , в которой емкость одинакова в каждой ячейке и существует взаимная индуктивность между соседними катушками. Прямоугольность выходного импульса зависит от количества ячеек. Время нарастания определяется временем нарастания первой ячейки сети, ближайшей к нагрузке.Ширина импульса в два раза больше времени прохождения волны в одном направлении. Если характеристический импеданс PFN согласован с сопротивлением нагрузки, энергия будет почти полностью рассеиваться в нагрузке (без отражения), и напряжение на нагрузке будет составлять половину напряжения заряда конденсаторов PFN. Обычно индуктор, ближайший к нагрузке, делается больше, чем другие индукторы. Это сделано для предотвращения перерегулирования. Этот индуктор на ~ 30% больше других индукторов.

Номинальная емкость и индуктивность на ячейку — это просто сумма, деленная на количество ячеек .Регулировка взаимной индуктивности между ячейками и точные значения индуктивностей первой и последней ячейки используются для «настройки» сети для достижения оптимальной производительности. Иногда индукторы намотаны на сплошную форму. Оптимальная форма волны обычно достигается при примерно 15% взаимной связи между индукторами в PFN. Этот тип PFN известен как Тип E PFN .

Схема, показывающая 4-ступенчатый PFN типа E, выходной переключатель и нагрузку

Можно использовать несколько PFN с переключателями для обеспечения дискретно регулируемой ширины импульса для нагрузки, как в примере ниже:

Схема, показывающая две PFN с изолирующим переключателем для регулируемых выходов

Примеры некоторых других типов PFN
Существует множество топологий, которые можно использовать для формирования PFN.Некоторые из них показаны ниже. Подробное обсуждение PFN см. В «Генераторах импульсов» Glasoe and Lebacqz, Mcgraw-Hill Book Company, inc. 1948

• Тип A PFN иногда используется в сочетании с генераторами Маркса для формирования импульсов очень высокого напряжения.
• Тип B PFN является наиболее распространенным при использовании без связи между индукторами.
• Тип C PFN представляет интерес, поскольку существуют методы синтеза, которые можно использовать для определения значений компонентов.Затем его можно преобразовать в другие эквивалентные формы.
• Тип E PFN — Тип B, в котором индукторы намотаны на одну непрерывную форму. Это обеспечивает магнитную связь между катушками, улучшающую форму импульса.

Пример моделирования схемы PFN
Ниже показано моделирование выхода PFN типа E , состоящего из пяти конденсаторов по 1 мкФ и четырех индукторов по 1 мкГн. Размер выходной катушки индуктивности равен 1.7 мкГн для уменьшения перерегулирования. PFN был заряжен до 1 В и разряжен на нагрузку 1 Ом.

Форма выходного тока (I (r2)) и ток в каждом конденсаторе

Форма выходного напряжения (y1) и напряжение на каждом конденсаторе

На двух графиках показаны отдельные формы сигналов тока и напряжения конденсатора, которые в совокупности образуют синтезированный выходной импульс.Обратите внимание, что C1 испытывает значительно большее изменение напряжения, чем другие конденсаторы. Опыт показывает, что конденсатор в этом положении обычно выходит из строя первым, несомненно, из-за более высоких напряжений поля, возникающих в результате такого изменения полярности.

Примеры продуктов

Блок PFN для применения на медицинском ускорителе

Шесть конденсаторов в одном корпусе для лазерного приложения PFN

General Atomics Energy Products ( GAEP ) производит как отдельные конденсаторы, используемые в PFN, такие как блоки в пластиковом корпусе, показанные как сборка для медицинского ускорителя, так и несколько конденсаторов в одном корпусе.Показанный здесь блок содержит шесть отдельных конденсаторов с одним общим выводом и используется в лазерной дерматологии. Кроме того, GAEP может проектировать и производить полные сборки PFN в соответствии с вашими требованиями к выходному импульсу. GAEP также может производить полные импульсные силовые или силовые электронные системы.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕТИ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСА

Выходное напряжение и допуск . Обратите внимание, что выходное напряжение составляет половину напряжения заряда конденсаторов в сети Type-E.

Волновое сопротивление и допуск . Стандартное значение — 50 ± 5 Ом. Если импеданс нагрузки не должен соответствовать сетевому импедансу, определите оба.

Pulse Risetime обычно задается между 10% и 90% от средней амплитуды импульса.

Ширина импульса обычно задается как время между точками средней амплитуды импульса 70% (точки половинной мощности).

Пульсация определяется как размах напряжения выше и ниже средней пиковой амплитуды, когда PFN разряжается на нереактивную нагрузку.Номинальное расчетное значение пульсации составляет ± 5%, при необходимости возможны более низкие допуски на пульсации. Укажите максимально допустимый допуск пульсации.

Время затухания или спада импульса (если важно)

Частота повторения импульсов и рабочий цикл важны для термического анализа. Рабочий цикл должен быть окончательно выражен в секундах включения и выключения, а не в процентах.

Диапазон температуры окружающей среды (при эксплуатации и хранении) в ° C. Стандартный диапазон температур GAEP составляет от -35 до +65 ° C, но возможны и другие диапазоны.

Срок службы должен быть выражен либо в общем количестве циклов зарядки / разрядки, либо в часах работы. (Примечание: GAEP обычно указывает расчетный срок службы при уровне надежности 90%, если не указано иное.)

Механические требования , включая количество клемм, монтажных кронштейнов, ограничения по размеру и весу, требования к вибрации и ударам и т. Д.

Условия окружающей среды , включая принудительную циркуляцию воздуха или естественную конвекцию, изоляцию от масла или сжатого газа, высоту, внутреннюю или внешнюю установку и т. Д.

Для вашего удобства доступна Анкета для подачи заявления.

EMP Protection — Как спланировать масштабную атаку магнитным импульсом

Потому что мощная электромагнитная импульсная атака вполне реальна.

Вот почему вам отчаянно нужен план защиты от ЭМИ.

Не верьте всему, что услышите.

Ким Чен Ын продолжит свои северокорейские ядерные испытания.

Встречи и фальшивые рукопожатия не изменят курс столкновения, на котором мы идем.

И если это не Северная Корея, это будет какая-то другая террористическая организация или страна.

Вот почему давно пора защитить себя от массивной ЭМИ-атаки.

• Но как в действительности будет выглядеть ЭМИ-атака на территории Соединенных Штатов?
• Насколько серьезными могут быть разрушения?
• Каковы ваши варианты защиты от ЭМИ и выживания?
• Какой самый лучший план управления в чрезвычайных ситуациях EMP?
• Что такое ЭМИ?

В этом руководстве мы ответим на все эти и другие вопросы.

В частности, я хочу обучить вас, обсуждая следующие темы EMP:

** Примечание: Если вам просто нужны наши главные рекомендации, не стесняйтесь ПРОПУСТИТЬ ВПЕРЕДИ ЗДЕСЬ.

В качестве способа познакомить вас с навыками выживания, мы раздаем наш полный контрольный список для подготовки продукта # 78. Нажмите здесь, чтобы получить БЕСПЛАТНУЮ копию.

ЧТО ТАКОЕ ЭМИ — ОБЪЯСНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИМПУЛЬСА

Когда проводник движется через магнитное поле, он производит электрический ток.

Эта полезная технология — это то, как работают генераторы на вашей местной электростанции.

Точно так же, когда движущееся магнитное поле проходит через проводник, оно создает ток.

Это явление называется электромагнитным импульсом, или сокращенно ЭМИ.

Звучит технически; это кажется сложным.

Но сначала звучит не так уж и страшно.

Это похоже на то, о чем вы слышали бы от скучного профессора физики.

Не представляет серьезной проблемы для национальной безопасности.

Но не обманывайте себя, это реально и страшно.

Потому что что произойдет, если создаваемое магнитное поле будет намного сильнее, когда оно проходит через провод?

Возможно, импульс достаточно большой, чтобы повредить провод.

Импульс настолько интенсивный, что может поджечь проводку микроскопа в небольших схемах.

При наличии достаточно сильного магнитного поля микроэлектроника разрушается в результате электрического взрыва.

Под уничтоженным, я имею в виду полностью сгорел.

Разрушение электрических компонентов таким образом называется атакой ЭМИ.

В качестве способа познакомить вас с навыками выживания мы раздаем наш полный контрольный список для подготовки к работе с предметом # 78. Нажмите здесь, чтобы получить БЕСПЛАТНУЮ копию.

ОРУЖИЕ, КОТОРОЕ МОЖЕТ ПРОИЗВОДИТ ЭМИ-АТАКУ

Один из способов создать широкомасштабный ЭМИ-импульс — взорвать ядерную боеголовку, как водородную бомбу.

Энергия, выделяемая ядерным взрывом, создает мощный электромагнитный импульс. Этот импульс распространяется во всех направлениях.

Любая электрическая проводка на пути импульса перегорит.

Ядерный взрыв не должен быть очень большим, чтобы генерировать опасный ЭМИ.По крайней мере, один опасен для наших компьютерных друзей, не столько для нас.

В отличие от излучения ядерного взрыва, ЭМИ не опасен для людей . Если у вас не установлен кардиостимулятор.

Но он разрушит большинство неэкранированных электрических компонентов.

Ядерный импульс ЭМИ довольно сложен и часто разбивается на три составляющих:

Импульс E1

Импульс E1 возникает, когда гамма-излучение от детонации ионизирует атомы в верхних слоях атмосферы.

Импульс E1 — самый быстрый компонент ядерного ЭМИ. Это коротко, но интенсивно.

Когда импульс E1 проходит через магнитное поле Земли, он создает микроволны. Эти микроволны ударяют по поверхности с сильной волной.

Он индуцирует высокое напряжение в электрических проводниках. Таким образом, вызывая значительный ущерб в результате электрического пробоя.

Импульс E1 может вывести из строя компьютеры и коммуникационное оборудование.

Импульс E2

Импульс E2 сравним с импульсом, создаваемым при ударах молнии.

К счастью, наша национальная инфраструктура ( по большей части ) уже подготовлена ​​для импульса E2.

E3 Pulse

Компонент E3 отличается как от E1, так и от E2. E3 — гораздо более медленный пульс.

Компонент E3 имеет сходство с геомагнитной бурей, вызванной солнечной вспышкой.

Подобно солнечной вспышке, E3 может производить мощные токи. Достаточно интенсивный, чтобы повредить линии электропередач и трансформаторы (, т.е. критическая инфраструктура ).

В качестве способа познакомить вас с навыками выживания, мы раздаем наш полный контрольный список для подготовки к работе с предметами # 78. Нажмите здесь, чтобы получить БЕСПЛАТНУЮ копию.

ВВЕДЕНИЕ ДЕТОНАЦИЙ НА БОЛЬШОЙ ВЫСОТЕ

Импульс ЭМИ проходит по линии прямой видимости. Таким образом, он может охватить огромную территорию, если ядерный взрыв произойдет высоко в атмосфере.

Большая часть военного ядерного оружия не предназначена для взрыва на большой высоте. Потому что взрывы на большой высоте наносят небольшой урон противнику и меньше выпадают.

Однако на больших высотах ЭМИ будет двигаться ко всему, что находится на его прямой видимости. На тысячи квадратных миль!

Это правда, что ЭМИ уменьшается с расстоянием. Но он может быть достаточно сильным на расстоянии тысяч миль, чтобы поджарить большую часть микроэлектроники.

Сделать ядерный ЭМИ почти идеальным оружием для террористической группы или нации-изгоя.

Вот интересный вопрос.

Если бы вы были террористической организацией и могли бы заполучить только одно ядерное оружие.Хотели бы вы взорвать один город? Или взорвать его достаточно высоко, чтобы вывести из строя электрические системы тысяч городов?

Кроме ядерного оружия, существуют устройства, генерирующие ЭМИ. Они называются «генераторами сжатия потока с взрывной накачкой».

Они используют электромагнитную физику для генерации больших импульсов электромагнитной энергии.

Основная идея состоит в том, чтобы генерировать электромагнитный импульс в катушке, окружающей металлический сердечник. При этом запрессовывая катушку в сердечник с помощью взрывчатки.

Это изменение геометрии сердечника вызывает сжатие электромагнитного поля.

ЭМИ (, ядерное или магнитное сжатие, ) могут изменить мир.

Эксклюзивный бонусный контент — Контрольный список ошибок для 104 предметов Skilled Survival — единственный контрольный список для устранения ошибок, который стоит использовать. Нажмите здесь, чтобы получить БЕСПЛАТНУЮ копию.

ПОВРЕЖДЕНИЕ EMP — СКОЛЬКО МЫ ГОВОРИМ?

Любые устройства, не защищенные от большой ЭМИ-атаки, могут быть повреждены или уничтожены.

Мы говорим о повреждении следующего:

• Электросети
• Ноутбуки
• iPad
• iPod
• Смартфоны
• Башни сотовых телефонов
• Телефоны
• Настольные компьютеры
• Маршрутизаторы
• Компьютеры управления автомобильным двигателем
• Системы реактивных самолетов
• Системы управления воздушным движением
• Банковские системы
• Больничные диагностические аппараты
• Телевизоры
• Интернет-серверы
• Холодильники
• Термостаты
• с микросхемой AISE 9009

  Что в наши дни чертовски почти все.

  Можете ли вы представить себе, как все в радиусе тысячи миль теряют всю силу и технологии?

  Как насчет такого города, как Нью-Йорк или Лос-Анджелес? Мы говорим о 8-10 миллионах человек, оказавшихся в доиндустриальном мире без электроэнергии!

  Единственное, что по-прежнему работает, — механические по своей природе (например, пистолеты и пули).

  Практически мгновенная анархия.

  
  В качестве способа познакомить вас с навыками выживания мы раздаем наш контрольный список Ultimate Survival Gear. Нажмите здесь, чтобы получить БЕСПЛАТНУЮ копию.

  ПЛАН ЗАЩИТЫ EMP ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

  ---

  Существует несколько способов защиты от атаки EMP.

  Один из методов защиты от ЭМИ известен как электрическое экранирование.

  Если электрический кабель имеет заземленный экран, электромагнитный импульс не проникает через экран.

  Он наведет ток в экране и безвредно отведет этот ток в землю.

  Это отлично подходит для кабелей, но как насчет устройств меньшего размера, таких как микроэлектроника?

  
  В качестве способа познакомить вас с навыками выживания мы раздаем наш полный контрольный список для подготовки к работе с предметом # 78. Нажмите здесь, чтобы получить БЕСПЛАТНУЮ копию.

  ВВЕДЕНИЕ К КЛЕТКЕ FARADAY

  ---

  Вы можете защитить целые устройства, используя что-то, известное как клетка Фарадея.

  Назван в честь Майкла Фарадея, одного из первых ученых в области электромагнетизма.

  Фарадей обнаружил, что электромагнитные поля не проникают через контейнер, сделанный из определенных металлов.

  Вместо этого поле попадает на внешнюю часть клетки. Поскольку все стороны клетки электрически соединены, наведенный электрический ток отсутствует.

  Для протекания тока должна быть разница в электрическом потенциале.

  Это как если бы произошло короткое замыкание еще до того, как ток начал течь.

  Устройства, удерживаемые внутри клетки, защищены от разрушающих токов.

  Вложенные клетки Фарадея для ЭМИ даже лучше подходят для защиты от ЭМИ. По сути, гнездование — это клетка в клетке.

  Сумку Фарадея можно купить или соорудить самостоятельно.

  Вы можете построить простую клетку Фарадея, накрыв коробку алюминиевой фольгой. Если вы хотите защитить свои устройства, оберните их слоем алюминиевой фольги.

  Но будьте осторожны, они должны быть полностью закрыты без зазоров в фольге.

  Кроме того, если вы хотите использовать несколько слоев фольги, поместите между ними слой изоляции.Изоляция — это любой материал, который не проводит электричество, например картон.

  Добавление дополнительных слоев к фольге ничего не значит. Единственная причина использовать двойную обертку — это предотвратить образование разрывов в фольге.

  Оцинкованная корзина для мусора также является отличным решением для хранения нескольких устройств.

  Или используйте и фольгу, и мусорный бак. Просто поместите свою электронику в картонную коробку с фольгой и поместите коробку в мусорное ведро.

  Обеспечение полного закрытия крышки мусорного ведра и надежного уплотнения.

  ---

  ---

  
  Эксклюзивный бонусный контент — Контрольный список для ошибок 104 предметов Skilled Survival — единственный контрольный список ошибок, который стоит использовать. Нажмите здесь, чтобы получить БЕСПЛАТНУЮ копию.

  МАССИВНЫЙ ЭМИНАРНЫЙ УДАР — ПОСЛЕДСТВИЯ

  ---

  Теперь, когда все ваши устройства защищены, когда произойдет террористическое ЭМИ-событие, вы будете готовы.

  Предполагая, что вы заранее знали о приближении атаки и приняли эти меры защиты.

  Итак, допустим.

  «Событие» происходит, и свет гаснет

  Вы быстро достаете свой полнофункциональный сотовый телефон из обшитого фольгой мусорного бака, также известного как клетка Фарадея.

  И престо, у вас один из очень немногих работающих сотовых телефонов в Северном полушарии. Поздравляем!

  • Окупился ли ваш план защиты от EMP? Да и нет…
  • Сколько у вас слитков? Нет?
  • Теперь вы меня слышите? Нет?
  • Вы достаете защищенный ноутбук или IPad и загружаетесь.Интернет-соединение? Нет.

  Устройство заряжено на четыре часа, отлично.

  Теперь, куда вы собираетесь подключить зарядное устройство (, потому что вы не забыли добавить зарядное устройство к своей клетке Фарадея, правильно )?

  • Без пота. У меня есть домашний генератор — нет — он поджарен ЭМИ.
  • О, но у меня есть домашние солнечные батареи ( или заряд телефона на солнечной батарее р) — нету — жареный ЭМИ.
  • Установил ветряк — неа — инвертор жареный.

  Итог: Электроэнергия отключена, и она будет отключаться очень долго (, может быть, даже года).

  • Жареная система распределения коммунальных услуг.
  • Жарятся вышки сотовой связи.
  • Обжарены системы фильтрации и откачки водопроводной компании.

  Еда быстро начнет портиться, а мы только что проиграли войну, не выпустив ни единой пули.

  
  В качестве способа познакомить вас с навыками выживания мы раздаем наш полный контрольный список для подготовки к работе с предметом # 78. Нажмите здесь, чтобы получить БЕСПЛАТНУЮ копию.

  ВАШИ 3 ВАРИАНТА ПОДГОТОВКИ EMP

  ---

  Итак, как я вижу, у вас есть 3 варианта защиты EMP:

  EMP Preparation Option 1

  Планируйте будущее амишей.

  План возврата к аграрному обществу 1860 года. Один с теми же навыками выживания, которыми жили наши прапрапрадеды.

  Навыки, которые наше современное общество давно забыло.

  EMP Preparation Option 2

  Храните все свои устройства и устройства внутри клетки Фарадея или сумки Фарадея.

  Вариант подготовки EMP 3

  Установка устройств EMP Sheild в вашем доме и транспортных средствах.

  Эти ЭМИ-экраны предназначены для защиты от сильных скачков электрического тока для защиты подключенной к электросети домашней электроники. Мы говорим о чрезвычайно дорогих приборах и устройствах, таких как:

  • Холодильники
  • Морозильники
  • Стиральные и сушильные машины
  • Посудомоечные машины
  • Телевизоры
  • Компьютеры

  Конечно, электросеть может перегореть во время мощного ЭМИ, но, по крайней мере, вы можете защитить электрические системы и устройства своего дома.После восстановления питания у вас все еще будут рабочие устройства, в отличие от большинства ваших соседей !!

  Кроме того, если у вас есть солнечные батареи на крыше, вы можете получить маневровое устройство для защиты от электромагнитных помех, которое защитит их! Так что вы можете быть одним из немногих людей , которые действительно прошли через атаку ЭМИ с источником питания и приборами!

  Стоит небольших инвестиций в устройства защиты от ЭМИ, если вы спросите меня…

  О, и вы также можете получить защиту от ЭМИ для своего автомобиля — чтобы ваш автомобиль не превратился в огромную кучу мусора из-за электрических компонентов в вашем автомобиле становится жареным.

  Вот краткий обзор того, как работают EMP Sheilds:

  ---

  Итак, это ваши три варианта, и , я считаю, вы должны инвестировать во все три!

  Почему? Потому что всего за несколько долларов вы можете всесторонне защитить себя от любой атаки EMP!

  • Вы можете использовать ЭМИ-экранирование для защиты больших домашних устройств и бытовой техники.
  • Вы можете использовать клетки Фарадея или сумки Фарадея для защиты устройств резервного копирования ( особенно мобильных устройств… )
  • Изучение навыков выживания ВСЕГДА хорошо.Но даже если ВЫ один из немногих счастливчиков, у которых есть власть, она все равно будет жесткой, если никто другой не сделает этого в течение нескольких недель или месяцев. вам лучше быть готовыми защищать это.

  Вы, вероятно, будете единственным в своем квартале (, может быть, ваш город ), у которого есть электричество.

  Взрыв ЭМИ от одиночного ядерного устройства на высоте 20 миль накроет значительную часть США с помощью ЭМИ.

  Враг не должен уничтожать всю нацию, чтобы разрушить свое общество. Нужно только убить большую часть населения!

  Даже правительство США допускает, что 9 из 10 американцев могут умереть в течение одного года в результате атаки ЭМИ на нашу родину!

  Слишком много людей и слишком мало навыков выживания. Большинство населения США быстро погибнет без электричества в течение года.

  Грабежи, беспорядки и убийства будут свирепствовать повсюду. Эпический хаос.

  Вот почему пришло время серьезно отнестись к защите от ЭМИ и освоить реальные навыки выживания.

  ---

  
  В качестве способа познакомить вас с навыками выживания, мы раздаем наш # 78: Полный контрольный список для подготовки к работе. Нажмите здесь, чтобы получить БЕСПЛАТНУЮ копию.

  ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ МЫСЛИ — ЛУЧШИЙ ПЛАН ЗАЩИТЫ ОТ ЭМИ

  ---

  Шаг 1 —

  Установите ЭМИ-экраны на свой дом, автомобили и солнечную систему (, если применимо, ). Эти устройства также защищают ваши приборы и устройства от ударов молнии.

  Step 2 —

  Получите резервные копии для всех своих мобильных устройств — смартфонов, аварийных радиостанций, планшетов, фонарей для выживания, солнечных зарядных устройств для телефонов и т. Д. Поместите каждое из этих устройств в самодельную клетку Фарадея или купите сумку Фарадея.

  Шаг 3 —

  Освежите свои навыки автономного хомстединга. По крайней мере, вам понадобится книга, которая поможет вам понять, как жить без электричества в течение длительного периода времени.

  EMP Protection во многих отношениях похожа на большинство других средств долгосрочной подготовки к чрезвычайным ситуациям.

  У вас должен быть большой запас готовой еды и много воды. И навыки выживания, связанные с самообеспечением, чтобы постоянно пополнять запасы.

  Добавьте сюда и некоторые навыки защиты — чтобы защитить свои ресурсы и некоторые основные медикаменты.

  Еда, вода и лекарства.

  Да, это действительно так просто, но просто потому, что это просто, не значит, что это легко.

  Лучший способ описать навыки выживания, которые вам необходимо изучить, чтобы подготовиться к атаке ЭМИ, — это:

  Навыки, которые наши прапрапрадеды называли повседневной жизнью, мы теперь называем выживанием и подготовкой.

  No related posts.