Длинные линии с нелинейными параметрами, страница 9

Известно, что в переходных слоях полупроводников статическая дифференциальная емкость изменяется с изменением величины приложенного внешнего напряжения [14]. Поэтому в каждом звене линии включен полупроводниковый диод с выраженной нелинейной емкостью (такие диоды иногда называют варикапами). Например, согласно [14] емкость переходного слоя в полупроводнике  Существующие в настоящее время полупроводниковые диоды с заметной нелинейной емкостью позволяют получать в линии ударные электромагнитные волны с длительностью фронта около наносекунды. В случае применения полупроводниковых материалов с соответствующими примесями возможно получение диодов, позволяющих формировать в линии ударные волны с фронтом длительностью 10^-10 с. Линии с полупроводниками позволяют передавать импульсы с частотой следования до 10 МГц (а в линиях с ферритом примерно до 100 кГц).

Если сопоставить метод формирования крутых перепадов тока и напряжения с помощью ударных электромагнитных волн с другими известными методами (в схемах с вакуумными лампами, тиратронами и в простейших цепях с нелинейными параметрами), то можно отметить, что с помощью ударных волн получаются перепады с крутизной большей, чем при других методах. Исключение составляют газовые искровые разрядники в сжатом газе и при высоких перенапряжениях на промежутках (см. главу 6).

§ 23.5    Генерирование мощных наносекундных импульсов с использованием УЭВ

Как следует из сказанного выше, свойства линий образовывать ударные электромагнитные волны могут быть использованы для обострения фронта импульса тока и напряжения. Кроме того, линия с УЭВ может быть использована как элемент более сложной конструкции импульсного генератора. В частности, ряд таких генераторов был разработан Мешковым [15].

При формировании импульсов длительностью в единицы наносекунд нашли применение три схемы (рис. 11), в каждой из которых между накопительным конденсатором и нагрузкой установлены дроссель насыщения, та или иная комбинация отрезка линейной линии передачи Л и отрезка Л_ф линии передачи с ферритом. В схеме рис. 11, а [15] после насыщения дросселя происходит заряд линии Л до максимального напряжения, линия Л_ф в это время практически не проводит ток, по ней течет в сторону нагрузки небольшой ток ударной волны намагничивания. По мере движения ударной волны фронт ее обостряется до ~ 1 нс и к моменту, когда он достигнет правого конца Л_ф, обе линии Л и Л_ф оказываются заряженными. На втором этапе происходит разряд практически однородного отрезка линии, состоящего из Л и Л_ф, на нагрузку R. Намагниченность феррита Л_ф при этом не меняется, он остается в насыщенном состоянии, т.е. разряд происходит как в обычной линейной линии, и на нагрузке формируется прямоугольный импульс.

Во второй схеме (рис. 11, б) [15] процессы протекают аналогично, но Л_ф включена между дросселем и линейным отрезком, что повышает кпд. Ранее предполагалось, что время заряда формирующей линии, соединенной коммутатором с нагрузкой (здесь коммутатор – Л_ф), должно быть на порядок больше времени разряда, иначе возникнут волновые процессы при заряде и будет искажаться форма импульса. В [15] установлено принципиальное положение, что времена заряда и разряда могут быть соизмеримы без ущерба для формы выходного импульса. Именно такой режим и характерен для магнитных генераторов наносекундных импульсов. Для его реализации достаточно обеспечить особую, например квадратно-синусоидальную форму тока разряда конденсатора, что достигается правильным выбором амплитуды напряженности магнитного поля H_m в сердечнике дросселя.