Пульстік желілер (PFN) электр энергиясын жинақтап, қысқа импульстар түрінде босатады. Радар, лазер, үдеткіштерде қолданылады. Жоғары энергия зерттеулеріне арналған.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Импульстік желі (PFN) – салыстырмалы түрде ұзақ уақыт бойы электр энергиясын жинақтап, содан кейін сақталған энергияны салыстырмалы түрде қысқа мерзімді, тікбұрышты импульс түрінде әртүрлі импульстік қуат қолданбалары үшін шығаратын электр схемасы. PFN-де конденсаторлар, индукторлар немесе тарату желілері сияқты энергия сақтау компоненттері жоғары кернеулі қуат көзі арқылы зарядталады, содан кейін оттық разряд немесе сутегі тиратроны сияқты жоғары кернеулі қосқыш арқылы жүктемеге жылдам босатылады. Қайталану жиілігі бір импульстен секундына шамамен 10⁴ импульске дейін жетеді. PFN қысқа мерзімді, біртекті электр импульстарын радиолокациялық станциялардағы клайстрондық немесе магнитрондық түтік осцилляторларын, импульстік лазерлерді, бөлшектерді үдеткіштерін, импульстік шамдарды және жоғары кернеулі сынақ жабдықтарын қуаттандыру үшін қолданылады. Көптеген жоғары энергиялық зерттеу құралдары жылуды азайту және жоғары энергия физикасы көбінесе қысқа уақыт аралығында өтетіндіктен импульстік режимде жұмыс істейді, сондықтан үлкен PFN жоғары энергиялық зерттеулерде кеңінен қолданылады. Олар найзағайға ұқсас тераватт диапазонындағы ең жоғары қуаты бар, 10⁶ амперге дейінгі токпен және 10⁶–10⁷ вольтқа дейінгі кернеуліктері бар наносекундтық импульстарды жасау үшін пайдаланылды.
A pulse forming network (PFN) is an electric circuit that accumulates electrical energy over a comparatively long time, and then releases the stored energy in the form of a relatively square pulse of comparatively brief duration for various pulsed power applications. In a PFN, energy storage components such as capacitors, inductors or transmission lines are charged by means of a high voltage power source, then rapidly discharged into a load through a high voltage switch, such as a spark gap or hydrogen thyratron. Repetition rates range from single pulses to about 104 per second. PFNs are used to produce uniform electrical pulses of short duration to power devices such as klystron or magnetron tube oscillators in radar sets, pulsed lasers, particle accelerators, flashtubes, and high voltage utility test equipment. Much high energy research equipment is operated in a pulsed mode, both to keep heat dissipation down and because high energy physics often occurs at short time scales, so large PFNs are widely used in high energy research. They have been used to produce nanosecond length pulses with voltages of up to 106–107 volts and currents up to 106 amperes, with peak power in the terawatt range, similar to lightning bolts.
Іске асыру
PFN жоғары кернеулі энергия сақтағыш конденсаторлар мен индукторлардан құралады. Бұл компоненттер "кешектер желісі" ретінде бір-бірімен байланыстырылған, ол беріліс желісінің бір бөлігі сияқты жұмыс істейді. Сондықтан PFN кейде "жасанды немесе синтетикалық" беріліс желісі деп аталады. Электр энергиясы бастапқыда PFN-нің зарядталған конденсаторларында жоғары кернеулі тұрақты ток көзі арқылы жиналады. PFN разрядталғанда, конденсаторлар тізбектей разряд болады, нәтижесінде жуық төртбұрышты импульс пайда болады. Бұл импульс жүктемеге беріліс желісі арқылы жіберіледі. PFN энергияның PFN-ге кері қайтуын болдырмау үшін жүктеменің кедергісіне сәйкес келуі керек.
A PFN consists of a series of high voltage energy storage capacitors and inductors. These components are interconnected as a "ladder network" that behaves similarly to a length of transmission line. For this reason, a PFN is sometimes called an "artificial, or synthetic, transmission line". Electrical energy is initially stored within the charged capacitors of the PFN by a high voltage DC power supply. When the PFN is discharged, the capacitors discharge in sequence, producing an approximately rectangular pulse. The pulse is conducted to the load through a transmission line. The PFN must be impedance matched to the load to prevent the energy reflecting back toward the PFN.
Тасымалдау желісінің PFN-лері
Трансмиссия желісінің ұзындығы импульсті қалыптастыру желісі ретінде қолданылуы мүмкін. Бұл үлкен ұзындықтағы кабельді пайдаланудың қиындығына қарамастан, негізінен тегіс жоғары жағы бар импульстарды қамтамасыз етеді. Жасыраулы зарядталған трансмиссия желісінің импульс генераторында (анимация, оң жақта) коаксиалдық кабель сияқты трансмиссия желісінің ұзындығы бір жағынан RL сәйкес жүктемеге коммутатор арқылы, ал екінші жағынан кедергі RS арқылы тұрақты кернеу көзі V-ге қосылады, мұнда RS желінің сипаттамалық кедергісі Z0-дан әлдеқайда үлкен. Бұл қазіргі уақытта PFN-дерде кеңінен қолданылады. Блюмлейн генераторында (анимация, оң жақта) жүктеме екі бірдей ұзындықтағы трансмиссия желісі арасында тізбектей қосылады, олар бір жағынан тұрақты ток көзімен зарядталады (оң жақ желі жүктеменің кедергісі арқылы зарядталатынын ескеріңіз). Импульсті іске қосу үшін, қосқыш қуат көзінің соңындағы желіні қысқа тұйықтайды, бұл жүктемеге қарай теріс кернеу секірісін қозғалтады. Желінің сипаттамалық кедергісі Z0 жүктеме кедергісінің жартысына тең болғандықтан, кернеу секірісі жартылай шағылысады және жартылай беріледі, нәтижесінде екі симметриялық, қарама-қарсы полярлық кернеу секірісі пайда болады, олар жүктемеден алыстап, араларында V/2 − (−V/2) = V кернеудің түсуін тудырады. Кернеу секірістері соңынан кері шағылысып, импульсті аяқтайды. Басқа зарядтау желісі генераторларындағы сияқты, импульстің ұзақтығы 2D/c-ге тең, мұнда D – жеке трансмиссия желілерінің ұзындығы. Блюмлейн геометриясының екінші артықшылығы – коммутациялық құрылғыны, әдеттегі зарядталған желідегідей, трансмиссия желісінің жоғары кернеулі жағында емес, жерге қосуға болады, бұл іске қосу электроникасын күрделендіреді.
A length of transmission line can be used as a pulse forming network. This can give substantially flat topped pulses at the inconvenience of using of a large length of cable. In a simple charged transmission line pulse generator (animation, right) a length of transmission line such as a coaxial cable is connected through a switch to a matched load RL at one end, and at the other end to a DC voltage source V through a resistor RS, which is large compared to the characteristic impedance Z0 of the line. and is widely used today in PFNs. In the Blumlein generator (animation, right), the load is connected in series between two equal length transmission lines, which are charged by a DC power supply at one end (note that the right line is charged through the impedance of the load). To trigger the pulse, a switch short circuits the line at the power supply end, causing a negative voltage step to travel toward the load. Since the characteristic impedance Z0 of the line is made equal to half the load impedance RL, the voltage step is half reflected and half transmitted, resulting in two symmetrical opposite polarity voltage steps, which propagate away from the load, creating between them a voltage drop of V/2 − (−V/2)= V across the load. The voltage steps reflect from the ends and return, ending the pulse. As in other charge line generators, the pulse duration is equal to 2D/c, where D is the length of the individual transmission lines. A second advantage of the Blumlein geometry is that the switching device can be grounded, rather than located in the high voltage side of the transmission line as in the typical charged line, which complicates the triggering electronics.
PFN-ді пайдалану
Команда бойынша жоғары кернеулі коммутатор PFN-де сақталған энергияны жүктемеге береді. Коммутатор "қосылғанда" (жабылғанда), PFN ішіндегі конденсаторлар мен индукторлар желісі қысқа мерзімді және жоғары қуатты, шамамен тіктөртбұрышты шығыс импульсін жасайды. Бұл жоғары қуатты импульс жүктемеге қысқа уақытқа жоғары қуат көзі болады. Кейде PFN мен жүктеме арасына арнайы жасалған импульстік трансформатор қосылады. Бұл техника PFN мен жүктеме арасындағы кедергілердің сәйкестігін жақсартады, соның арқасында қуат беру тиімділігі артады. Импульстік трансформатор, әдетте, PFN-нен клистрон немесе магнитрон сияқты жоғары кедергілі құрылғыларды қоректендіру кезінде қажет болады. PFN салыстырмалы түрде ұзақ уақыт бойы зарядталатындықтан және содан кейін өте қысқа уақыт ішінде разрядталатындықтан, шығарылатын импульстің қуаты мегаваттқа, тіпті тераваттқа жете алады. Жоғары кернеу көзі, PFN, жоғары кернеулі коммутатор және импульстік трансформатордың (қажет болған жағдайда) жиынтығы кейде "қуат модуляторы" немесе "импульс генераторы" деп аталады.
Upon command, a high voltage switch transfers the energy stored within the PFN into the load. When the switch "fires" (closes), the network of capacitors and inductors within the PFN creates an approximately square output pulse of short duration and high power. This high power pulse becomes a brief source of high power to the load. Sometimes a specially designed pulse transformer is connected between the PFN and load. This technique improves the impedance match between the PFN and the load so as to improve power transfer efficiency. A pulse transformer is typically required when driving higher impedance devices such as klystrons or magnetrons from a PFN. Because the PFN is charged over a relatively long time and then discharged over a very short time, the output pulse may have a peak power of megawatts or even terawatts. The combination of a high voltage source, PFN, HV switch, and pulse transformer (when required) is sometimes called a "power modulator" or "pulser".