Длинные линии с нелинейными параметрами, страница 8

Выбрав диапазон изменения m₀ из соотношений (27) и (28), можно найти диаметр кольца и количество витков. Они же вместе с сечением сердечника и витка задают величину (26). Величину  можно регулировать изменением числа сердечников или параллельным включением катушек.

Количество ячеек линии, необходимое для формирования стационарного ударного фронта при заданной длительности входного фронта  определится выражением:

.                                        (23.29)

Расчеты показывают, что для укорочения фронта импульса с 50 до 3 нс для импульса с амплитудой 4 кВ при = 40 Ом необходима 64-звенная искусственная линия с постоянной звена 1,7 нс, собранная на ферритах 4ВТ при w = 5.

Механизм образования ударных электромагнитных волн возможен не только в линиях с ферритовым заполнением, но и в случае линий с сегнетоэлектриками и полупроводниками. В случае формирующих линий с ферритом можно получать перепады напряжения с крутым фронтом и значительной амплитудой на низкоомной нагрузке. Получение крутых перепадов напряжения на высокоомной нагрузке оказывается возможным с помощью ударных электромагнитных волн, образующихся в линиях с сегнетоэлектриками.

Здесь в качестве формирующей линии используется искусственная линия задержки, состоящая из звеньев, содержащих катушку постоянной индуктивности L и нелинейную емкость С(U), в виде конденсаторов с сегнетоэлектриками (рис. 9). Зависимость величины емкости этих конденсаторов от напряжения связана с тем, что диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрика является функцией напряженности электрического поля  (такие конденсаторы называют варикондами).

При передаче волны вдоль такой линии скорость ее распространения возрастает с увеличением амплитуды волны, так как величина диэлектрической проницаемости падает с ростом напряженности поля Е. Поэтому так же, как и в линии с ферритом, при распространении импульса вдоль линии с сегнетоэлектриком крутизна фронта импульса возрастает и при определенных условиях может возникнуть ударная волна. Крутизна фронта формируемого импульса ограничивается как за счет конечного времени релаксационных процессов в сегнетоэлектрике (конечное время переключения), так и за счет дисперсионных свойств многозвенной линии передачи, т.е. за счет конечного значения постоянной времени

Время релаксации для некоторых сегнетоэлектриков оказывается порядка наносекунды при напряженности поля Е около сотни киловольт на сантиметр. Это обстоятельство затрудняет применение линий с сегнетоэлектриками для формирования

Рис. 23.9. Искусственная линия задержки на конденсаторах с сегнетоэлектриком

Рис. 23.10. Искусственная линия задержки на полупроводниках наносекундных импульсов. При работе с весьма высоким напряжением обычно пробой в линии наступает раньше, чем удается сформировать фронт импульса длительностью порядка наносекунды. Помещение же линии в контейнер с трансформаторным маслом усложняет конструкцию системы. В обычных условиях удается получать перепады напряжения с фронтом длительностью в несколько наносекунд. Допустимая частота следования импульсов в такой линии достигает десятков килогерц [6].

Более перспективным является применение формирующих линий с полупроводниками. Такая линия выполняется в виде искусственной линии задержки, состоящей из звеньев с постоянной индуктивностью L и нелинейной емкостью С(U) в виде полупроводниковых диодов (рис. 10) [13].