9zip.ru - технологии для людей
9zip.ru Катушки Теслы Высоковольтный генератор наносекундных импульсов, как замена разряднику

Сверхбыстрые высоковольтные импульсы используются в экспериментах по поиску свободной энергии. Здесь представлена схема быстрого генератора высоковольтных импульсов с применением лавинных транзисторов, как более чётко работающая альтернатива разряднику. Частота запускающих импульсов должна быть не более 1кГц. Схема представляет собой пять линеек лавинных транзисторов, соединённых по схеме генератора Маркса. Как и в любой другой подобной схеме, здесь очень важна разводка платы. Она представляет собой волновод сопротивлением 50 Ом с оптимизацией для минимизации паразитной индуктивности и уменьшения времени нарастания выходного импульса.

Работа транзистора в лавинном режиме известна. Для одиночного транзистора выходной ток можно рассчитать по формуле

Il=(Vcbo-Vceo)/Rl

где Rl - это нагрузочный резистор, Vcbo - напряжение пробоя, когда база соединена с эмиттером, Vceo - напряжение пробоя, когда база и эмиттер не соединены.

Для увеличения выходного напряжения следует использовать цепочку лавинных транзисторов, или схему Маркса. Эта схема характеризуется меньшим напряжением питания, но хранит значительно больший заряд. Преимущество одной длинной цепочки лавинных транзисторов заключается в уменьшении общего накопленного заряда, что предотвращает повреждение из-за ложных срабатываний или пробоя. Недостатком же схемы является то, что напряжение питания не может быть слишком большим, в противном случае может образоваться дуга. Сочетание этих двух методов хорошо подходит для создания высоковольтных сверхбыстрых импульсов.

Схема и плата высоковольтного наносекундного генератора

Схема состоит из пяти линеек лавинных транзисторов на 50-омном волноводе. В каждой линейке - по 8 транзисторов. Для уменьшения паразитной индуктивности конденсаторы образованы контактными площадками двухсторонней печатной платы. Индуктивность транзисторов и эти конденсаторы образуют волновод.

Первый транзистор в первой линейке запускается через небольшой импульсный трансформатор на ферритовой бусинке. Когда этот транзистор открывается, его коллектор приобретает потенциал земли, в результате чего оказывается около 700 вольт напряжения коллектор-эмиттер на втором транзисторе. Благодаря этому напряжению у транзистора происходит неразрушающий лавинный пробой. Когда каждый транзистор пробивается, следующий испытывает ещё большее перенапряжение, что приводит к более быстрому открытию. Когда последний транзистор срабатывает, выходной импульс быстро нарастает.

Источники положительного и отрицательного напряжения подключены к каждой линейке транзисторов через резисторы сопротивлением 2Мом. Ток покоя в каждой линейке ограничен 50мА. Этот небольшой ток создаёт смещение и помогает улучшить устойчивость схемы. Длительность выходного импульса - не более 15нс, поскольку данные транзисторы быстро выгорают, если превысить эту длительность. Тем не менее, данная схема имеет ряд преимуществ. Используется источник питания со сравнительно небольшим напряжением, что предотвращает возникновение дуги. И длительность выходного импульса получается весьма малой.

В схеме использованы лавинные транзисторы 2N5551, Vcbo которых составляет 350 вольт, а Vceo - около 200 вольт. Во время экспериментов отмечено, что разность пробивного напряжения у этих транзисторов намного больше, а напряжение пробоя может отличаться, что приведёт к нестабильной работе. Для решения этих проблем можно рекомендовать изготовление тестера лавинных транзисторов и отбирать транзисторы с одинаковыми напряжением пробоя, задержкой запуска, временем нарастания.

Время нарастания выходного импульса в основном определяется ёмкостью последней линейки и тем, насколько быстро включается эта линейка. Определить эту ёмкость несложно. Схема должна иметь волновое сопротивление 50 Ом для согласования нагрузки. Предполагаемая индуктивность каждого транзистора составляет 2 нГ, соответственно, полная индуктивность каждой линейки будет составлять 16 нГн. Емкость линейки может быть рассчитана по формуле

Z=SQR(L/C) => C=L/C^2 => C=16/50^2=6,4пФ

Используя это значение, можно рассчитать время нарастания выходного импульса RC=50*6,4=320 пс.

Схема и плата высоковольтного наносекундного генератора

Лю Цзиньюань, Шань Бинг и Чанг Зенгу
Государственная ключевая лаборатория технологий переходной оптики, Сианьский институт оптики и точной механики,
Сиань, Шэньси, КНР



6 нравится? 1

30.07.2017 © 9zip.ru
Авторские права охраняет Роскомнадзор

Понравилась статья? Похвастайся друзьям:

Хочешь почитать ещё про катушки теслы? Вот что наиболее популярно на этой неделе:
Торсионный генератор своими руками, как компонент репринтера
Генератор на TL494 с регулировкой частоты и скважности
Платформа Гребенникова - бионический летательный аппарат
Боярский одобряет.


Есть вопросы, комментарии? Напиши:

Имя
Комментарий
Длина текста:
число с картинки
Правила прочитал(а)

Арз20 апр 2019 11:11
Лавинный пробой очень нестабилен. Такая схема если и заработает, то только в условиях лаборатории. В журнале "Радио" раньше приводилось довольно много схем на лавинних каскадах, были разработаны даже специальные транзисторы для работы в таком режиме, (тип сейчас уже не помню, но найти можно). Этот режим использовался потому, что не было нормальных деталей, способных работать с наносекундными импульсами. Я собирал такие схемы, в основном всякие автогенераторы, они работали, но через пень-колоду. Мало того, что подходил только один транзистор из десятка, так ещё и режим пробоя менялся самопроизвольно - от температуры, от давления, влажности и погоды на Марсе. Сегодня схема работает нормально, завтра тишина полная, не запустить никак, а через ещё пару дней опять всё заработало. Даже в журнале отмечалось, что такие схемы не рекомендуется ставить в оборудование, можно только для домашних поделок.
Если нужны наносекундные импульсы, то сейчас полно всякой логики, способной работать на таких частотах. Как пример - в конце 80-х к нам обратился один барыга-кооператор с просьбой починить систему охранной сигнализации на складе. Приехали, посмотрели. Там стояли древние датчики движения на ультразвуке. Крыша склада протекала, было сыро, и пьезокерамика излучателей растрескалась. Менять нечем, обычные "пьезопищалки" на 40-50 кГц давали слишком слабый отклик и звуковое поле накрывало всего метра 2-3, не больше. И что делать? Решили сами собрать новую систему. Начали сразу два проекта - инфракрасный датчик движения, и радиолокатор. Сразу скажу - поставили инфракрасный, на свето- и фотодиодах. Заработал нормально, детали дешёвые, доступные. В заводских системах используют разные крутые фотодатчики для того, чтобы заодно засекать открытое пламя на случай пожара. У нас такой задачи не было, поэтому поставили обычные фотодиоды. Но речь не об этом.
Проект объёмного радиолокатора ближнего действия. Принцип простой - генерируем одиночный импульс максимально короткой длительности, усиливаем его, подаём на резонансный штырь-излучатель, и ловим на другой штырь отражённый отклик от предметов. Никакой несущей, просто одиночный электромагнитный всплеск. На расстоянии до 10-20 метров обратный импульс регистрировался вполне отчётливо. Собирали генератор на логике типа КР531, причем питание было завышено до 6 вольт. Пара микросхем не выдержала, подбор всё-таки требовался, но не из десятков деталей. Автогенератор на КР531ЛА3 генерировал частоту 100 МГц, от кварца, импульсы подавались на схему, которая по фронту управляющего сигнала вырезала одиночный импульс длительностью примерно 5 нс. Тот усиливался СВЧ транзистором и подавался на штырь. Проще некуда. Управляющие импульсы шли примерно с частотой в 1 кГц. Мёртвая зона была около метра - такое примерно расстояние успевал проходить импульс за 5-6 нс. Ну а дальше уже просто - приёмник просто усиливал входной импульсный сигнал и даже без детектора, через интегрирующую RC-цепочку, подавал на триггер. Если начиналось движение, амплитуда и количество отражённых импульсов менялись, сигнал на входе триггера начинал колебаться и схема срабатывала. Всё работало, но стоимость деталей была космической и барыга выбрал дешёвый инфракрасный вариант.
Я к чему всё это - даже тогда, ещё в советские времена, уже были доступные детали, позволяющие получать наносекундные импульсы достаточной мощности. Прошло уже 30 лет, сейчас уже есть логика намного круче, и собрать генератор на неё будет проще и надёжнее, чем ставить все эти капризные лавинные схемы.