Impulsa sprieguma ģenerators / marx ģenerators - shēma, darbības princips un pielietojums

Elektronikā pārspriegumi ir ļoti kritiska lieta, un tas ir murgs katram ķēdes dizainerim. Šos pārspriegumus parasti sauc par impulsu, ko var definēt kā augstspriegumu, parasti dažos kV, kas pastāv īsu laiku. Impulsa sprieguma īpašības var pamanīt ar augstu vai zemu kritiena laiku, kam seko ļoti augsts sprieguma pieauguma laiks. Zibens ir dabisku cēloņu piemērs, kas izraisa impulsa spriegumu. Tā kā šis impulsa spriegums var nopietni sabojāt elektriskās iekārtas, ir svarīgi pārbaudīt, vai mūsu ierīces darbojas pret impulsa spriegumu. Šeit mēs izmantojam impulsa sprieguma ģeneratoru, kas kontrolētā testēšanas sistēmā rada augstsprieguma vai strāvas pārspriegumus. Šajā rakstā mēs uzzināsim parimpulsa sprieguma ģeneratora darbība un pielietošana. Tātad, sāksim darbu.

Kā teicām iepriekš, impulsu ģenerators rada šo īslaicīgo pieplūdumu ar ļoti augstu spriegumu vai ļoti lielu strāvu. Tādējādi ir divu veidu impulsu ģeneratori, impulsa sprieguma ģenerators un impulsa strāvas ģenerators. Tomēr šajā rakstā mēs apspriedīsim impulsu sprieguma ģeneratorus.

Impulsa sprieguma viļņu forma

Lai labāk izprastu impulsa spriegumu, apskatīsim impulsa sprieguma viļņu formu. Zemāk redzamajā attēlā ir parādīta viena augsta sprieguma impulsa viļņu formas pīķa

Kā redzat, vilnis sasniedz maksimālo 100 procentu maksimumu 2 uS robežās. Tas ir ļoti ātri, taču augstspriegums gandrīz zaudē spēku ar 40uS diapazonu. Tāpēc impulsam ir ļoti īss vai ātrs pieauguma laiks, turpretim ļoti lēns vai ilgs kritiena laiks. Pulsa ilgumu sauc par viļņu asti, ko nosaka starpība starp 3. laika zīmogu ts3 un ts0.

Vienpakāpes impulsu ģenerators

Lai saprastu impulsa ģeneratora darbību, apskatiet zemāk redzamo vienpakāpes impulsu ģeneratora shēmu

Iepriekš minētā shēma sastāv no diviem kondensatoriem un divām pretestībām. Dzirksteles sprauga (G) ir elektriski izolēta atstarpe starp diviem elektrodiem, kur notiek elektriskās dzirksteles. Augstsprieguma strāvas avots ir parādīts arī iepriekš redzamajā attēlā. Jebkurai impulsu ģeneratora ķēdei ir nepieciešams vismaz viens liels kondensators, kas tiek uzlādēts līdz atbilstošam sprieguma līmenim un pēc tam izlādējas ar slodzi. Iepriekš minētajā ķēdē CS ir uzlādes kondensators. Šis ir augstsprieguma kondensators, kas parasti pārsniedz 2kV nominālu (atkarīgs no vēlamā izejas sprieguma). Kondensators CB ir slodzes kapacitāte, kas izlādēs uzlādes kondensatoru. Rezistors un RD un RE kontrolē viļņu formu.

Ja iepriekšminētais attēls tiek rūpīgi novērots, mēs varam konstatēt, ka G vai dzirksteļspraugai nav elektriskā savienojuma. Tad kā slodzes kapacitāte iegūst augstspriegumu? Šis ir triks, un ar šo iepriekšminētā ķēde darbojas kā impulsu ģenerators. Kondensators tiek uzlādēts, līdz kondensatora uzlādētais spriegums ir pietiekams, lai šķērsotu dzirksteļu spraugu. Elektriskais impulss, kas radīts visā dzirksteļspraugā un augstspriegumā, tiek pārnests no kreisā elektroda spailes uz dzirksteļa spraugas labo elektroda spaili un tādējādi padarot to par savienotu ķēdi.

Ķēdes reakcijas laiku var kontrolēt, mainot attālumu starp diviem elektrodiem vai mainot kondensatoru pilnībā uzlādētu spriegumu. Izejas impulsu spriegumu aprēķinu var izdarīt, aprēķinot izejas sprieguma vilnim ar

v (t) = (e ^{- α t} - e ^{- β t})

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

Vienpakāpes impulsu ģeneratora trūkumi

Vienpakāpes impulsu ģeneratora ķēdes galvenais trūkums ir fiziskais lielums. Atkarībā no augstsprieguma nominālā komponenti kļūst lielāki. Arī liela impulsa sprieguma ģenerēšanai ir nepieciešams augsts līdzstrāvas spriegums. Tāpēc vienpakāpes impulsa sprieguma ģeneratora ķēdei ir diezgan grūti iegūt optimālu efektivitāti pat pēc lielu līdzstrāvas barošanas avotu izmantošanas.

Sfērām, kuras izmanto spraugas savienojumam, vajadzēja arī ļoti lielu izmēru. Kronu, ko izlādē impulsa sprieguma ģenerēšana, ir ļoti grūti nomākt un pārveidot. Elektrodu kalpošanas laiks saīsinās un pēc dažiem atkārtošanās cikliem ir nepieciešams nomainīt.

Marx ģenerators

Ervins Otto Markss 1924. gadā nodrošināja daudzpakāpju impulsu ģeneratora ķēdi. Šo shēmu īpaši izmanto, lai ģenerētu augstu impulsu spriegumu no zema sprieguma strāvas avota. Multipleksētā impulsa ģeneratora ķēde vai parasti saukta par Marx ķēdi var redzēt zemāk redzamajā attēlā.

Iepriekš minētajā ķēdē tiek izmantoti 4 kondensatori (kondensatoru skaits var būt n), kurus lādēšanas rezistori R1 līdz R8 lādē ar augstsprieguma avotu paralēlā uzlādes stāvoklī.

Izlādes stāvoklī dzirksteles sprauga, kas uzlādes stāvoklī bija atvērta ķēde, darbojas kā slēdzis un savieno virkni ceļu caur kondensatora banku un rada ļoti augstu impulsa spriegumu visā slodzē. Izlādes nosacījums iepriekš redzamajā attēlā ir parādīts ar violetu līniju. Pirmā kondensatora spriegums ir jāpārsniedz pietiekami, lai nojauktu dzirksteļu spraugu un aktivizētu Marksa ģeneratora ķēdi.

Kad tas notiek, pirmā dzirksteļsprauga savieno divus kondensatorus (C1 un C2). Tāpēc spriegums pāri pirmajam kondensatoram kļūst divkāršs par diviem C1 un C2 spriegumiem. Pēc tam trešā dzirksteļsprauga automātiski sabojājas, jo spriegums pāri trešajai dzirksteļspraugai ir pietiekami augsts, un tas sāk pievienot trešo kondensatora C3 spriegumu kaudzē, un tas turpinās līdz pēdējam kondensatoram. Visbeidzot, kad ir sasniegta pēdējā un pēdējā dzirksteļu sprauga, spriegums ir pietiekami liels, lai pārtrauktu pēdējo dzirksteļu spraugu visā slodzē, kurai ir lielāka atstarpe starp aizdedzes svecēm.

Galīgais izejas spriegums galīgajā spraugā būs nVC (kur n ir kondensatoru skaits un VC ir uzlādēts kondensatora spriegums), bet tas ir taisnība ideālajās ķēdēs. Reālos scenārijos Marx Impulse ģeneratora ķēdes izejas spriegums būs daudz zemāks par faktisko vēlamo vērtību.

Tomēr šim pēdējam dzirksteles punktam jābūt lielākiem atstarpēm, jo ​​bez tā kondensatori nenokļūst pilnībā uzlādētā stāvoklī. Dažreiz izlāde tiek veikta apzināti. Ir vairāki veidi, kā iztukšot kondensatora banku Marx ģeneratorā.

Kondensatora izlādes paņēmieni Marx Generator:

Mirgojošs papildu Trigger elektrods : mirgojošs papildu aktivizēšanas elektrods ir efektīvs veids, lai apzināti izraisīt Marx ģenerators pilnībā lādiņa laikā vai kādā īpašā gadījumā. Papildu sprūda elektrodu sauc par Trigatronu. Trigatron ir dažādu formu un izmēru pieejams ar dažādām specifikācijām.

Gaisa jonizēšana spraugā : Jonizētais gaiss ir efektīvs ceļš, kas ir izdevīgs, lai veiktu dzirksteļu spraugu. Jonizāciju veic, izmantojot impulsu lāzeru.

Gaisa spiediena samazināšana spraugā : Gaisa spiediena samazināšana ir efektīva arī tad, ja dzirksteļu atstarpe ir paredzēta kameras iekšpusē.

Marx ģeneratora trūkumi

Ilgs uzlādes laiks: Marx ģenerators kondensatora uzlādēšanai izmanto rezistorus. Tādējādi uzlādes laiks kļūst lielāks. Kondensators, kas atrodas tuvāk barošanas avotam, tiek uzlādēts ātrāk nekā citi. Tas ir saistīts ar palielināto attālumu, jo palielinās pretestība starp kondensatoru un barošanas avotu. Tas ir Marx ģeneratora bloka galvenais trūkums.

Efektivitātes zudums: Tā paša iemesla dēļ, kas aprakstīts iepriekš, strāvai plūstot caur rezistoriem, Marx ģeneratora ķēdes efektivitāte ir zema.

Īss dzirksteļspraugas dzīves ilgums: atkārtots izlādes cikls caur dzirksteļspraugu saīsina dzirksteļspraugas elektrodu kalpošanas laiku, kas laiku pa laikam jāmaina.

Uzlādes un izlādes cikla atkārtošanās laiks: Lielā uzlādes laika dēļ impulsu ģeneratora atkārtošanās laiks ir ļoti lēns. Tas ir vēl viens būtisks Marx ģeneratora ķēdes trūkums.

Impulsu ģeneratora ķēdes pielietošana

Impulsu ģeneratora ķēdes galvenais pielietojums ir augstsprieguma ierīču pārbaude. Izmantojot impulsa sprieguma ģeneratoru, tiek pārbaudīti zibensnovedēji, drošinātāji, TVS diodes, dažāda veida pārsprieguma aizsargi utt. Ne tikai testēšanas jomā, bet arī Impulse ģeneratora shēma ir būtisks instruments, ko izmanto kodolfizikas eksperimentos, kā arī lāzeru, kodolsintēzes un plazmas ierīču nozarēs.

Marksas ģeneratoru izmanto, lai simulētu zibens iedarbību uz elektropārvades līnijām un aviācijas nozarēs. To lieto arī rentgenstaru un Z iekārtās. Arī citi izmantošanas veidi, piemēram, elektronisko ierīču izolācijas pārbaude, tiek pārbaudīti, izmantojot impulsu ģeneratora shēmas.