Generator de tensiune impuls / generator marx - schemă de circuit, principiul de funcționare și aplicații

În electronică, supratensiunile sunt un lucru foarte critic și este un coșmar pentru fiecare designer de circuite. Aceste supratensiuni sunt denumite în mod obișnuit impulsuri care pot fi definite ca o tensiune înaltă, de obicei în câțiva kV care există pentru o perioadă scurtă de timp. Caracteristicile unei tensiuni de impuls pot fi observate cu un timp de cădere mare sau scăzut, urmat de un timp de creștere foarte ridicat al tensiunii, Fulgerul este un exemplu de cauze naturale care cauzează tensiunea de impuls. Deoarece această tensiune de impuls poate deteriora grav echipamentele electrice, este important să testăm dispozitivele noastre pentru a funcționa împotriva tensiunii de impuls. Aici folosim un generator de tensiune de impuls care generează supratensiuni de tensiune sau curent într-o configurație de testare controlată. În acest articol, vom afla desprefuncționarea și aplicarea generatorului de tensiune de impuls. Deci sa începem.

După cum am spus mai devreme, un generator de impulsuri produce această supratensiune de scurtă durată cu o tensiune foarte mare sau un curent foarte mare. Astfel, există două tipuri de generatoare de impulsuri, generator de tensiune de impuls și generator de curent de impuls. Cu toate acestea, în acest articol, vom discuta despre generatoarele de tensiune de impuls.

Forma de undă a tensiunii de impuls

Pentru a înțelege mai bine tensiunea de impuls să aruncăm o privire la forma de undă a tensiunii de impuls. În imaginea de mai jos, este prezentat un singur vârf al formei de undă de impuls de înaltă tensiune

După cum puteți vedea, valul atinge vârful maxim de 100% în 2 uS. Acest lucru este foarte rapid, dar tensiunea ridicată își pierde puterea cu un interval de 40uS aproape. Prin urmare, pulsul are un timp de creștere foarte scurt sau rapid, în timp ce un timp de cădere foarte lent sau lung. Durata pulsului se numește coadă de undă, care este definită de diferența dintre ștampila a treia dată ts3 și ts0.

Generator de impulsuri cu o singură etapă

Pentru a înțelege funcționarea unui generator de impulsuri, aruncați o privire asupra schemei de circuit a unui generator de impulsuri cu o singură etapă, care este prezentată mai jos

Circuitul de mai sus este format din doi condensatori și două rezistențe. Scânteia de scânteie (G) este un spațiu izolat electric între doi electrozi unde se produc scântei electrice. O sursă de energie de înaltă tensiune este, de asemenea, prezentată în imaginea de mai sus. Orice circuit generator de impulsuri are nevoie de cel puțin un condensator mare care este încărcat la un nivel de tensiune adecvat și apoi descărcat de o sarcină. În circuitul de mai sus, CS este condensatorul de încărcare. Acesta este un condensator de înaltă tensiune de obicei mai mare de 2kV (depinde de tensiunea de ieșire dorită). Condensatorul CB este capacitatea de încărcare care va descărca condensatorul de încărcare. Rezistorul și RD și RE controlează forma undei.

Dacă imaginea de mai sus este observată cu atenție, putem constata că fanta G sau scânteia nu are conexiune electrică. Atunci cum obține capacitatea de încărcare tensiunea înaltă? Iată trucul și prin acesta, circuitul de mai sus acționează ca un generator de impulsuri. Condensatorul este încărcat până când tensiunea încărcată a condensatorului este suficientă pentru a traversa distanța de scânteie. Un impuls electric generat peste fanta de scânteie și de înaltă tensiune este transferat de la terminalul stâng al electrodului la terminalul de electrod din dreapta al fantei de scânteie, făcându-l astfel un circuit conectat.

Timpul de răspuns al circuitului poate fi controlat prin variația distanței dintre doi electrozi sau schimbarea tensiunii complet încărcate a condensatorilor. Calculul de ieșire de impuls de tensiune se poate face prin calcularea formei de undă a tensiunii de ieșire cu

v (t) = (e ^{- α t} - e ^{- β t})

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

Dezavantaje ale generatorului de impulsuri cu o singură etapă

Dezavantajul major al unui circuit generator de impulsuri cu un singur stadiu este dimensiunea fizică. În funcție de tensiunea ridicată, componentele devin mai mari ca dimensiune. De asemenea, generarea de tensiune cu impuls ridicat necesită o tensiune continuă DC. Prin urmare, pentru un circuit generator de tensiune de impuls într-o singură etapă, devine destul de dificil să obțineți o eficiență optimă chiar și după utilizarea unor surse de alimentare DC mari.

Sferele care sunt folosite pentru conexiunea de spațiu au necesitat, de asemenea, dimensiuni foarte mari. Coroana care este descărcată de generarea de tensiune de impuls este foarte dificil de suprimat și remodelat. Durata de viață a electrodului se scurtează și necesită înlocuire după câteva cicluri de repetare.

Generator Marx

Erwin Otto Marx a furnizat un circuit generator de impulsuri în mai multe etape în 1924. Acest circuit este utilizat în mod specific pentru a genera tensiune de impuls ridicată de la o sursă de energie de joasă tensiune. Circuitul generatorului de impuls multiplexat sau numit în mod obișnuit ca circuit Marx poate fi văzut în imaginea de mai jos.

Circuitul de mai sus folosește 4 condensatori (nu poate exista un număr de condensatori) care sunt încărcați de o sursă de înaltă tensiune în condiții de încărcare paralelă de către rezistențele de încărcare R1 la R8.

În timpul descărcării, scânteia care era un circuit deschis în timpul stării de încărcare, acționează ca un comutator și conectează o cale de serie prin banca condensatorului și generează o tensiune de impuls foarte mare peste sarcină. Starea de descărcare este prezentată în imaginea de mai sus de linia mov. Tensiunea primului condensator trebuie depășită suficient pentru a sparge distanța de scânteie și pentru a activa circuitul generatorului Marx.

Când se întâmplă acest lucru, prima scânteie conectează doi condensatori (C1 și C2). Prin urmare, tensiunea pe primul condensator devine dublă cu două tensiuni de C1 și C2. Ulterior, cel de-al treilea interval de scânteie se descompune automat, deoarece tensiunea pe cel de-al treilea interval de scânteie este suficient de mare și începe să adauge a treia tensiune C3 a condensatorului în stivă și aceasta continuă până la ultimul condensator. În cele din urmă, când se atinge ultima și ultima scânteie, tensiunea este suficient de mare pentru a rupe ultima scânteie în sarcină, care are un spațiu mai mare între bujii.

Tensiunea finală de ieșire peste decalajul final va fi nVC (unde n este numărul de condensatori și VC este tensiunea încărcată a condensatorului), dar acest lucru este adevărat în circuitele ideale. În scenarii reale, tensiunea de ieșire a circuitului generatorului Marx Impulse va fi mult mai mică decât valoarea reală dorită.

Cu toate acestea, acest ultim punct de scânteie trebuie să aibă goluri mai mari, deoarece, fără aceasta, condensatorii nu intră într-o stare complet încărcată. Uneori, descărcarea se face intenționat. Există mai multe moduri de a descărca banca de condensatori în generatorul Marx.

Tehnici de descărcare a condensatorului în Marx Generator:

Pulsarea unui electrod de declanșare suplimentar : Pulsarea unui electrod de declanșare suplimentar este o modalitate eficientă de a declanșa în mod intenționat generatorul Marx în condiții de încărcare completă sau într-un caz special. Electrodul de declanșare suplimentar este numit Trigatron. Există diferite forme și dimensiuni Trigatron disponibile cu specificații diferite.

Ionizarea aerului din gol : Aerul ionizat este o cale eficientă care este benefică pentru a conduce golul scânteii. Ionizarea se face folosind un laser pulsat.

Reducerea presiunii aerului în interiorul decalajului : Reducerea presiunii aerului este de asemenea eficientă dacă decalajul scânteii este proiectat în interiorul unei camere.

Dezavantaje ale Generatorului Marx

Timp lung de încărcare: generatorul Marx folosește rezistențe pentru a încărca condensatorul. Astfel timpul de încărcare devine mai mare. Condensatorul care este mai aproape de sursa de alimentare se încarcă mai repede decât celelalte. Acest lucru se datorează distanței crescute datorită rezistenței crescute între condensator și sursa de alimentare. Acesta este un dezavantaj major al unității generator Marx.

Pierderea eficienței: Din același motiv descris anterior, deoarece curentul curge prin rezistențe, eficiența circuitului generator Marx este scăzută.

Durata scurtă de viață a distanței de scânteie: ciclul repetitiv de descărcare prin distanța de scânteie scurtează durata de viață a electrozilor unei distanțe de scânteie care trebuie înlocuită din când în când.

Timpul de repetare a ciclului de încărcare și descărcare: Datorită timpului de încărcare ridicat, timpul de repetare al generatorului de impulsuri este foarte lent. Acesta este un alt dezavantaj major al circuitului generator Marx.

Aplicarea circuitului generatorului de impulsuri

Aplicația majoră a circuitului generatorului de impuls este testarea dispozitivelor de înaltă tensiune. Paratrăsnetele, siguranțele, diodele TVS, diferitele tipuri de protecții la supratensiuni etc. sunt testate cu ajutorul generatorului de tensiune Impulse. Nu numai în domeniul testării, ci și circuitul generatorului de impulsuri este, de asemenea, un instrument esențial care este utilizat în experimentele de fizică nucleară, precum și în industria laserelor, a fuziunii și a dispozitivelor cu plasmă.

Generatorul Marx este utilizat în scopuri de simulare a efectelor fulgerului asupra echipamentelor electrice și a industriilor aeronautice. Este, de asemenea, utilizat în mașinile cu raze X și Z. Alte utilizări, cum ar fi testarea izolației dispozitivelor electronice, sunt, de asemenea, testate folosind circuite generatoare de impulsuri.