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 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.


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

Понравилась статья? Боярский говорит: поделись с друзьями!