Формирование импульсов напряжения в модуляторе с комбинированным накопителем Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМ. С. М. КИРОВА

Том 279

1974

ФОРМИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ В МОДУЛЯТОРЕ С КОМБИНИРОВАННЫМ НАКОПИТЕЛЕМ

При высоковольтной инжекции необходимо осуществлять ввод пучка электронов с увеличенной плотностью заряда [1]. С целью получения некоторого разброса по фазе скоростей инжектируемых электронов, улучшающего их захват в ускорение, возможно применять для питания инжектора напряжение, форма импульса которого должна изменяться в известных пределах.

Предложенная и осуществленная [2] схема модулятора объединяет положительные качества емкостного накопителя [3], рассчитываемого на определенный ток генератора и искусственной линии [4], позволяющей корректировать форму импульса за счет ее подключения параллельно нагрузке (рис. 1). Для получения необходимого соответствия

между напряжением ии и током /и инжекции в общем случае, определяемом, согласно [5], величиной, пропорциональной ((|Зу)3, где р и у — релятивистские факторы, зависящие от скорости и энергии электронов для выбранного напряжения инжекции, накопительная емкость С0 указанного модулятора рассчитывалась как

В. А. МОСКАЛЕВ, Ю.М. СКВОРЦОВ, Б.А. РЫЖКОВ

к инте^тору

Рис. 1. Генератор схемы инжекции на 300 кв

и

Генератор импульсного напряжения, питающий систему инжекции сильноточного бетатрона на 25 Мэв [6], при номинальном напряжении {Уи = 300 кв должен был обеспечить ток /и = 60 а. Предварительно сформированный в модуляторе импульс с амплитудой Е0=50 кв и длительностью порядка ти = 3,5 мксек с помощью импульсного трансформатора с коэффициентом передачи повышался до требуемого напряжения.

Процесс формирования импульсов напряжения в модуляторе можно проследить, рассматривая его работу. Источник постоянного тока заряжает емкость С0=50-103 пф основного накопителя, рассчитанную по (1),и распределенную емкость Скор=22,4-103 пф корректирующей формирующей линии (К.ФЛ) с некоторым волновым сопротивлением р кор до напряжения источника Ес. При разряде, момент которого определя-

I-------)

Рис. 3. Эквивалентная схема импульсного генератора, исследуемая на установке МПТ-9

ется подачей управляющего импульса на коммутатор Л4, в обмотке трансформатора ИТ действует импульс напряжения от основного накопителя и0 и волна напряжения икор в КФЛ (рис. 2). Реактивные параметры этой линии Ькор и Скор определяют время распространения падающей и отраженной волн вдоль ее 2]^ Ькор • Скор от tmin до ¿тах-В связи с конечным значением индуктивности, вносимой соединительными проводами, и существенной индуктивностью катодных цепей

в виде накальных трансформаторов тиратронов Д3 и Л4 (типа ТГИ1-2500/35) взаимодействие импульсов от основного накопителя и корректирующей .линии происходит в первичной обмотке ИТ. В зависимости от момента прихода отраженной волны корректирующего импульса ик0р / имеющего полярность, обратную основному импульсу С/о, происходит снижение напря-

Г*гис, V* т-мйч 0.247 МОК*

аис, 1-мо-г 0,605 0,5

Не, 0,014 1

(

Ч3иСо\_ 0,555

/

йЧсг 1-Ш-5 0,124

0,5

аит 1-МО-6 0,665

к Г-МО'? 0,0/4 !

жения импульса на фронте, вершине или срезе, которое соответствует передаче в нагрузку импульсов напряжения различной формы.

Аналитическое исследование процесса формирования импульсов напряжения в схе-^ ме модулятора с комбинированным накопителем связано с решением системы дифференциальных уравнений не ниже 11-го порядка, составленных, например, для упрощенной схемы замещения (рис.3). Тем не менее, для выяснения влияния отдельных параметров такой схемы на форму генерируемого импульса необходимо было, в частности, установить качественную зависимость между формой импульса и величиной индуктивности Ь\ корректирующей линии. С этой целью применена электронная линейная моделирующая установка типа МПТ-9.

Для математического описания процесса формирования, необходимого для составления аналоговой схемы операционных усилителей моделирующей установки, система дифференциальных уравнений была приведена к следующему виду:

42иС1 кп „ ..

(Н*

и- п-Мд-2 0,66 я-мв-з Ъ,66

•ис. I мв' д 0,4

- !6Т9

-

СН 1-Мд-// 0.002

аис. ¡-МП-12 0,006

1-ЗН- и-мв- / 0.16

в

Шом

ис0

1Щ,

ж

В-МЛ-А

0,<05

■о

¿¿Л

Рис. 4. Структурные схемы для определения коэффициентов операционных усилите-телей установки МПТ-9

сИ2м

м?

ис 1—к12-

<И\

Кц ¿иС, М, Шм с12и

-15

¿¿С/,

к«

Со

м, сны м< а,

Са

К21

ЛИ

м?

и.

й.

Фи

Со

к31 Л2ИС

и с„ ¿рС0

ъ* и ■ м<

л2иСо

(2)

сИ{

М,5

ли

Ш2 (Ни м? Ли

к32 ли с, | К33

м,4

и,

__ к34 к3:, й2иС, кзс йиСп К37 у

м, агI м,2 си1 м,3 лм м/ Со"

В соответствии со схемой замещения генератора с накопителем комбинированного типа, а также принимая во внимание примененные обозначения отношений параметров схемы в виде коэффициентов Ктп с учетом машинного времени = , где М,= 3-10~6 выбранный масштаб,

Рис. 5. Формы импульсов напряжения VА па экране осциллографа И4-М установки МПТ-9

уравнения (2) позволили составить структурные схемы (рис. 4)- Для имитирования односторонней проводимости коммутатора в исследуемой схеме включен диод Д.

Полученное решение о влиянии волнового сопротивления корректирующей цепочки подтвердило наши предположения [7] о возможности

регулирования формы импульса за счет изменения индуктивности КФЛ, определяющей ее волновое сопротивление. Эффективность этой коррекции в значительной степени зависит от комплексного сопротивления цепи коммутатора ZK{RK,LK), соответствующего внутреннему дифференциальному сопротивлению мощных тиратронов типа ТГИ1-2500/35 и их катодными цепями. Именно из-за имеющего место неравенства

Рис. 6. Формы импульсов в реальном генераторе системы инжекции на 300 кв

взаимодействие импульсов происходит в нагрузке, роль которой выполняет. приведенное к первичной цепи сопротивление импульсного трансформатора.

Регулирование индуктивности КФЛ в пределах (0,8—1,7)

» где Ь\ , - условно принятая величина индуктивности, соответствующая получению формы импульса с возрастающей вершиной, по-

зволило проследить влияние на время распространения волны вдоль КФЛ до момента взаимодействия от начала коммутации. Установленные, моменты суперпозиции импульсов от основного накопителя и0 и корректирующей линии ¿7кор (рис. 2) для принятого предела регулирования ¿1 находятся в интервале

4 I \ { * \ ' 4- /0\

¿1-1-^Г- ¿1 + (хи-'кор) --' ^

Результаты изменения Ькор — — при 2к=сопз1 и Скор =С[-\-С2 — = сопз1 для принятых параметров генератора получены в виде осциллограмм напряжения имг (¿кор) (рис. 5)- Причем осциллограммы рис.5 получены на модулирующей установке, а рис. 6 соответствует импульсам напряжения, полученным в реальных условиях при изменении индуктивности Ькор = (35—75) мкгн.

Эксплуатация модулятора с указанным комбинированным накопителем показала, что стабильность захвата электронов в сильноточном бетатроне на 25 Мэв [8], фиксируемая по интенсивности гамма-излучения с помощью стандартного рентгенометра типа «Кактус», улучшилась в среднем на 10%, а надежность работы схемы инжекции повысилась.

ЛИТЕРАТУРА

1. Б. Н. Р о д и м о в, П. А. Ч а р д а н ц е в, Т. А. Медведева. Из а рузов, «Физика», № 5, 1959, 6—13.

2. Ю. М. Скворцов. Диссертация. НИИ ЯФ, Томск, 196'

3. М. С. Нейман. Курс радиопередающих устройств. Изд. «Советское радио»,

1965.

4. А. Б. И в а н о в, Л. Н. С о с н о в к и и, Импульсные передатчики СВЧ. Изд. «Советское радио», 1956.

5. L. G о n е 11 a, Nucí. Instr. a. Meth., 22, 269, 1963.

6. В. А. М о с к а л е в, Б. В. О к у л о в, Ю. М. Скворцов, А. М. С л у п с к и й. Электронные ускорители. Труды VI межвуз. конф., М., «Энергия», 1968, 273—276.

7. В. А. Москалев, Ю. М. Скворцов, А. М. С л у п с к и й. Авторское свидетельство № 207979 от 16 октября 1967 г. ■

8. А. А. В о р о б ь е в, В. А. М о с к а л е в, Ю. М. С к в о р ц о в, Б. В. О к у л о в, А. М. Слупский, В. Г. Шеста ков. Изв. вузов, «Физика», № 4, 1967, 139—140.