Место силы

Информация о пользователе

Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь.


Вы здесь » Место силы » Практика СЕ » Генератор наносекундных импульсов


Генератор наносекундных импульсов

Сообщений 1 страница 16 из 16

1

На лавинном диоде

ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ НАНОСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ НА ЛАВИННЫХ ДИОДАХ

А.С. Карауш, Р.В. Потемин, С.П. Лукьянов, О.П. Толбанов

Представлен генератор видеоимпульсов наносекундной длительности, амплитудой от 40 до 300 В (в зависимости от типа используемого лавинного диода). Предложен в качестве ключевого элемента генератора лавинный GaAs диод (S-диод). Рассмотрены особенности работы генератора на S-диоде, предложены варианты по увеличению стабильности его работы.

В последние годы все большее развитие получают дистанционные неразрушающие методы интроскопии материальных сред, предполагающие использование силовой субнаносекундной импульсной техники. До сих пор существует также проблема возбуждения СВЧ-приборов, полупроводниковых лазеров и светодиодов, управления электрооптическими затворами, модуляторами, формирователями линейных разверток скоростных осциллографов и т. д..
Решение вышеперечисленных задач требует развития силовой субнаносекундной техники в сторону обеспечения большей пиковой и средней мощности, пикосекундного быстродействия, и все это при улучшении массогабаритных показателей и достижении более высокой эффективности устройств.

В настоящей работе авторы предлагают вниманию исследования, связанные с созданием импульсных устройств на основе достаточно нового класса полупроводниковых импульсных лавинных диодов (ДПИЛ или S-диоды ), обеспечивающих большие перепады тока при переходе из режима «выключено» в режим «включено». По совокупности параметров быстродействия и мощности ДПИЛ превосходят традиционно используемые полупроводниковые приборы.
Отличительной особенностью ДПИЛ является наличие в обратной ветви вольт-амперной характеристики участка отрицательного дифференциального сопротивления S-типа, разделяющего два устойчивых состояния: высокоомное с R~10 *9 Ом и проводящее с R~10 Ом.
Переключение ДПИЛ из одного состояния в другое происходит при достижении напряжения смещения выше порогового U=Uп, где Uп-напряжение переключения в проводящее состояние, достаточного для формирования лавинного пробоя... При переходе S-диода из "закрытого" состояния в "открытое" формируется мощный импульс тока до 15 А на согласованной нагрузке.
Известны ДПИЛ, которые позволяют получать видеоимпульсы с фронтом нарастания 0,1- 2 нс, при напряжениях включения 40...900 В и с частотами работы до 200 кГц. Благодаря низкому внутреннему сопротивлению в момент пробоя ДПИЛ, имеется возможность получать высокий КПД (реально 60-80%).
В основе механизма образования участков с отрицательным сопротивлением диода лежат процессы, связанные с перезарядкой глубоких центров с последующим формированием и распространением в структуре ДПИЛ волн ударной ионизации. Фронт лавины носителей заряда распространяется через базовую область структуры со скоростью в 2-7 раз превышающей предельную скорость дрейфа свободных носителей заряда в электрическом поле, V=8х10*6 В/См.
Если плотность тока в структуре i=10*4 А/См*2, то время переключения ДПИЛ может достигать tп~(0,1-0,3)tпр, где tпр=d/Vm - время пролета носителей заряда через высокоомный слой толщиной (d) c максимальной дрейфовой скоростью (vm).
При плотности тока в импульсе равном i=4х10*3 А/См*2 выполняется условие tп=tпр. К недостаткам S-диодов можно отнести зависимость напряжения включения S-диода от частоты повторения запускающих импульсов. Возможным способом устранения этого недостатка является подача обратного напряжения смещения. Кроме этого, наблюдается зависимость длительности фронта формируемого импульса и эффективности прибора от сопротивления нагрузки.

Структурная схема генератора наносекундных видеоимпульсов с амплитудой от 80 до 320 В и длительностью переднего фронта до 0,5 нс на основе серийно выпускаемого S-диода 3Д530А представлена на рисунке 1.

http://s1.uploads.ru/t/xiLc5.jpg

Схема управления ключевым каскадом - Импульс запуска ( 5В, 50...1000нс)Формировательсинхроимпульса Схема формирования управляющего напряжения запуска S-диодаСхема формированияотрицательного смещения S-диода S-диод Синхроимпульс- 25 ВВыход Ключевойтрансформатор-ный каскад.
Схема формирования импульса запуска предназначена для выработки управляющего напряжения ключевого каскада. На выходе трансформаторного ключевого каскада формируется импульс с фронтом 50 нс и амплитудой напряжения, достаточной для включения S-диода. В момент включения S-диода на выходе схемы формируется импульс с длительностью переднего фронта 0,5 нс и амплитудой равной Uп.
В то же время по фронту мощного импульса за счет обеспечения индуктивной связи между цепью S-диода и схемой формирования синхроимпульса формируется импульс амплитудой 5В и длительностью 10-100нс.
Для ускорения процесса восстановления высокого сопротивления S-диода на него подается отрицательное смещение. Питание генератора осуществляется от трех источников напряжений +5В, +25В и -25В. Потребляемая мощность генератора при частоте повторения 100 кГц составляет не более 5 Вт.

http://s1.uploads.ru/t/1OADJ.jpg

На рисунке 2 показана принципиальная схема генератора. Схема формирования по длительности импульса запуска выполнена на быстродействующей микросхеме DD1. Для изготовления импульсного трансформатор Т1 ключевого каскада использован ферритовый тороидальный сердечник 100ВЧ К16х8х6 ГОСТ 17141-76.
Первичная обмотка содержит 1 виток провода, а вторичная обмотка состоит из 80..100 витков в зависимости от требуемой величины напряжения запуска. Синхроимпульс на затворе транзистора VT2 формируется в момент резкого изменения величины тока, поступающего в нагрузку.
Выход генератора должен быть согласован с симметричной нагрузкой с волновым сопротивление 25 Ом, согласно данным таблицы 1.

Таблица 1
http://s1.uploads.ru/t/13UiJ.jpg

Зависимость параметров формируемых импульсов от величины сопротивления нагрузки (для S-диода с напряжением включения 120 В [2]). Согласно [2], формируемая амплитуда импульсов на выходе S-диода падает на 30-40% при увеличении частоты с 25 до 100 кГц.

Стабилизация амплитуды формируемых импульсов на выходе S-диода достигается подачей отрицательного смещения амплитудой 25 В, для более быстрого восстановления высокого сопротивления диода.

При использовании схемы отрицательного смещения амплитуда формируемых импульсов изменяется не более 10%.
В таблице 3 приведены результаты исследования напряжения включения S-диода при изменении частоты повторения, для нагрузки с сопротивлением 25 Ом.

Проведенные исследования позволили создать генератор мощных наносекундных видеоимпульсов на основе использования S-диодов с улучшенными тактико-техническими и экономическими показателями по сравнению с известными.
Такие генераторы могут найти широкое практическое применение и в других областях, например в качестве устройств запуска для мощных тиратронов и разрядников, для накачки полупроводниковых лазеров, для систем широкополосной радиолокации и ультразвуковой локации.

0

2

Источником высоковольтных импульсов являлся импульсно-периодический генератор СИНУС-200, в котором маслонаполненная формирующая линия с волновым сопротивлением 30 Ом заряжается с помощью встроенного импульсного трансформатора Тесла и коммутируется на передающую коаксиальную линию неуправляемым азотным разрядником с принудительной прокачкой газа. Амплитуда зарядного напряжения формирующей линии высоковольтного генератора составляла 550—580 кВ. Типичное стандартное отклонение пробойного напряжения разрядника при частоте следования импульсов до 100 Гц не превышает 2 %.

Установка позволяет работать в импульснопериодическом режиме пакетами длительностью до нескольких десятков секунд. Сформированный импульс напряжения с длительностью на полувысоте 9 нс и фронтом около 2 нс проходит обостряющий разрядник в виде отрезка коаксиальной передающей линии с ферритовым заполнением. Далее импульс с длительностью фронта менее 1 нс передается по коаксиальному тракту с масляной изоляцией через Т-образный коаксиальный тройник и 90-градусные повороты на два вакуумных диода. Амплитуда катодного напряжения достигала 300 кВ при длительности импульса около 9 нс и длительности фронта импульса около 0,8 нс.
=========================================================================================

2. Создан уникальный источник сверхширокополосного излучения с 16-элементной антенной решеткой, формирующий импульсы излучения длительностью 80 пикосекунд на половинном уровне амплитуды с рекордным для такой длительности эффективным потенциалом 370 киловольт.

Лаборатория высокочастотой электроники,
заведующий д.ф.-м.н. В. И. Кошелев
Отдел импульсной техники,
заведующий академик Б. М. Ковальчук

Антенная решетка возбуждается биполярными импульсами длительностью 230 пс, амплитудой 130 кВ, следующими с частотой повторения до 100 Гц. Нестабильность излучения составляет около 3% в течение одного часа непрерывной работы на частоте 100 Гц. Удельная характеристика источника, определяемая как отношение эффективного потенциала излучения к площади апертуры, превосходит все известные в мире аналогичные источники, использующие антенны с параболическим отражателем и решетки ТЕМ антенн, возбуждаемых монополярным импульсом, на 1-2 порядка, что обеспечивается использованием в решетке компактных высокоэффективных комбинированных антенн.
http://s1.uploads.ru/t/9YkVl.jpg
Внешний вид источника излучения: 1 - генератор монополярных импульсов,
2 - формирователь биполярных импульсов, 3 - волновой трансформатор,
4 - делитель мощности, 5 - 16-элементная решетка.

http://www.hcei.tsc.ru/ru/cat/fields/fields.html

0

3

http://s1.uploads.ru/t/DdvG0.gif
Амплитуды и длительности токов, получаемых от различных импульсных источников тока:
I — взрывные генераторы; II — ёмкостные накопители энергии;
III — индуктивные накопители: IV — импульсные аккумуляторы;
V — контур Горева; VI — ударные генераторы.

http://s1.uploads.ru/t/AQefL.gif
Спиральный генератор импульсов

http://s1.uploads.ru/t/p5TEA.gif
Генератор на тройной полосковой линии

http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/90301/Импульсная

0

4

Возник вопрос. Нигде не нашел полевики  из первой схемы второго поста (vn 1304n3, vp 1204n2). И аналогов не нашел, а схемка такая очень нужна. Может кто знает аналоги?

0

5

Мосфет любой на малое напряжение и малый ток.. чем меньше ток и напряжение транзистора тем об более высокочастотный. Вам надо искать 50ти вольтовые транзюки на ток 1-5А.. 

VN1304N3 - это вообще маломощный транзистор
http://www.datasheetarchive.com/datafra … =VN1304N3#

Вот тут его даташит скачать можно.. Да, транзистор скоростной - 2-5нс.. но ток стока 0,5А, импульсный 1,4А.

Второй транзюк VP1204N2 - параметры здесь
http://www.datasheetarchive.com/datafra … =VP1204N2#

Вообще то параметры его далеко не такие крутые.. Транзюк явно устаревший эдак лет на 15-20..  Время включения выключения 17-30нс. Емкость входа 600пФ. Емкость выхода 250пф.

Думаю можно будет заменить на IRMS6702 или IRMS5703

0

6

Спасибо

+1

7

В общем то мне нужно создать агрегат который сможет наводить на линию( в данном случае медную линию  связи) эл.импульс без контактно, через грунт, вот я и думаю использовать эту схему. Главное , чтобы импульс был коротким, с большой крутизной, ибо это важно. Надеюсь иду по правильному пути...

0

8

думаю что эта схема не годится. Это детские игрушки. Сколько вам надо наносекунд и киловат?

Я немного поэксил со схемами, больше всего мне понравилась схема на диоде и импульсном трансформаторе. Вот например если в схеме что в посте №1 всего 20-300Вт, то в той схеме что я делал получилось в импульсе 96кВт - 2,2 киловольта на нагрузке 50 ом, длительность 3нс.

http://s2.uploads.ru/t/xsZ7b.jpg
Вот схема оконечного каскада.

Транзистор надо ставить IRF624, IRF710, IRF634. сигнал подвать через драйвер. Необходимо туда вкачивать импульсы длительностью 120-200нс. Длительность импульсов подбирать зависимо от импульсного трансформатора. Я использовал ферритовое кольцо проницаемостью 10000.

Диод -формирователь наноимпульсов Д243, КД203, КД202, или КД226. Разные диоды, и по разному получится импульс. По любому добиться чтобы сразу все работало почти нереально. Но скажем 6-8 нс амплитудой 200-500 вольт должно получиться в любом случае. Чтобы побольше эт уже придется помудохаться. Питание надо желательно регулируемое от 100 до 180 вольт. Если использовать 400-вольтовые мосфеты то можно и 220.. блокирующие кандеры по питанию - слюдяные.

0

9

К сожалению я сейчас не могу сказать какая длительность импульса нужна. Нужно сделать агрегат, как я уже писал, который создать наведенный импульс на линию связи зарытую в грунт, метра на полтора, причем очень желательно, чтобы фронт наведенного импульса был как можно круче. На одном из концов линии будет стаять приемник(расстояние до него может быть несколько км), который будет детектировать наведенный импульс и генерировать свой в обратном направлении. Этот импульс дойдя до первого агрегата(без контактного) будет также принят приемником, ну а дальше измерено запаздывание прихода ответного импульса и вычислено расстояние между приборами. Как то так. Для точности измерения большое значение имеет, как я уже говорил , крутизна фронта, и достаточный уровень наведенного сигнала(чтобы уверенно выделить на фоне помех и при большом расстоянии от приемника). Питание тоже ограничено, агрегат должен быть переносным... Вот примерно такие требования. Меня поэтому первая схема и заинтересовала. А так как я , можно сказать в электронике любитель, проблем передо мной стало много, вот и решил поспрашивать.

0

10

Все было выложено на страннике. Сергей вы видели все.. Нового ничего..
Чуть позже для всех выложу весь материал по изготовлениею ГНСИ. Сейчас пока нет возможности..

Николай, вашу задачу думаю нереально осилить. Несмотря на то что генератор можно сделать легко, я не вижу возможности решить проблемы остальные..

Во первых наносекундные импульсы это СВЧ радиодиапазон. Эти СВЧ сигналы мне кажется не смогут проникать в землю на такую глубину.
Это первое.
Второе это то, что эти сигналы должны будут двигаться по линии связи или кабелю. которые совершенно непредназначен для сигналов данного диапазона. Другое дело если б это был радиочастотный кабель с малым затуханием. Можете представить себе каково будет затухание сигнала, если даже в специальном радиокабеле на длинне 100метров эти сигналы ослабляются от 5 до 15 раз.. Если толщина до 6мм. И к тому же чем короче фронт импульса тем выше затухание. Для фронта 5нс ослабление будет 2-3 раза на 100метров, для импульсов с 1нс фронтами 10-15 раз. Для простого кабеля типа сетевого или высоковольтного ослабление будет увеличено в 100 раз. Т.е. на 100 метрах уже ослабление сигнала до 200-500 раз. На 1км это несколько тысяч раз.

Если изначальная мощность импульса допустим 10кВт, только до кабеля через зеслю ослабнет в 1000 раз, потом еще 2-3тысячи раз по кабелю и еще в тысячу раз на коечном участке пути к датчику. Итого затухание в 2-3 миллиарда раз.. Примерно 180-190дб.. Ну до датчика из 10кВт добежит пару микроват.. Приемник с очень высокой чуствительностью придется применить.. Но это при условии что мои прикидки не сильно ошибочны.. А если где то я ошибся раз в 10 ?? тогда просто это уже оказывается недостижимо вообще..  Просто леньки посчитать счас сколько микроволь будет наводить на антенне 50ом сопротивлением сигнал мощностью 2мквт.. Можете посчитать.. Скажу только что минимально регистрируемый сигнал для высокочуствительных приемников, которые еще можно изготовить дома это 0,2мкв.. Но это для синуса.. Думаю для однократных импульсов это можно смело увеличивать в 100раз.. т.е. нужен сигнал 20-50мкв

0

11

Рефлектометры работают на импульсах от 3 наносекунд на расстояние порядка 20 км. Это конечно крайний случай, но я сам с ними работаю и они достаточно точно показывают неоднородности. В моем случае важно как можно более свести к минимуму искажение фронта управляющего импульса(может он и не нужен столь короткий), ибо от этого зависит точность измерения. Проблемы возникающие при осуществлении этого проекта весьма сложны, но это типа инновация, а тут без проблем не обойдешся :(

+1

12

Ну если вы работаете, то вам и карты в руки.. Но мне кажется слабым звеном именно то что вы собрались антенной передавать в землю.
Если оно так и должно быть, ну знач так надо.. А генератор ну сделать не большая проблема, как оказалось.. Но вот приемник такого импульсного сигнала даже не представляю как он устроен....

Вот насчет импульсов, вам нужны однополярные или видеоимпульсы?

0

13

Про тип импульса сказать затрудняюсь. Скорее однополярный. Главное короткий. Поговорил на днях с знакомыми физиками, выдали мне несколько вариантов, но носимыми агрегаты явно не будут. У них , у ученых, свои принципы конструирования. Предлогали вариант с трансформаторами укорачивающими импульс и одновременно увеличивающими амплитуду. Единственное что я понял, ферриты на них стоят баснословно дорого и делаются на заказ гдето в Питере...

0

14

Я составлял этот файл для другого форума, но думаю ВАМ то же будут интересны проверенные схемы.  На возникшие вопросы постараюсь ответить...
для форума.doc

Отредактировано R-nik (2014-03-25 15:50:15)

+1

15

Мои опыты с  ГНСИ от Dally

Непойму как так вышло что на своем форуме до сих пор не выложено ничего мной по ГНСИ, вот решил заполнить этот пробел.

Занимался я экспериментами с ГНСИ наверное год назад или больше, ну в то время когда активно была обсуждаема схема Dally. Я тогда как раз купил осцилограф С1-75, его входное сопротивление 50 ом, и по паспорту полоса до 250мгц. Как оказалось он реально может показывать наличие сигналов частотой до 433мгц. выше не пробовал, просто. Ну сигнал от телефона Senao частотами 255мгц и 380мгц уверенно показывает.

Теперь о схемах.
Я пробовал схему которую нарисовал Visa, но ее сразу же подписал он как схема Dally. Эт для информации.. Да и сам Эдвард, как Dally себя обозначил на блоге, тоже впоследствии использовал схему нарисованную чуваком с ником Visa. Сам он никаких схем не рисовал.. Не странно? :crazy:

Вот собственно первоначальная схема по которой я собирал ГНСИ.

http://sa.uploads.ru/t/CGcFY.jpg

Поскольку транзистора КТ926 у меня не было, я попробовал вначале КТ805 в металле, и питание включал 30 вольт, никакого сигнала похожего на НС импульсы не получил, после еще попробовал транзюк 2SC2936 кажется. Но он тоже не дал ощутимого результата, потому сразу стал собирать преобразователь питания с 12 вольт на 180 вольт. Как только собрал, стал экспериментировать с транзистором 2SC2936, и уже более менее получил импульсы. Правда амплитуда была их небольшой, точно не помню, но где то около 300 вольт, а длительность из около 20-30нс. Форма была типа скругленного треугольника.. Попробовал различные диоды на выходе, толку было мало.

Микросхемы я сразу попробовал все что смог найти, и оказалось что самым крутым вариантом получилась КР1533ЛА3
Но позже я уже использовал ее только в качестве задающего генератора, а вторая микросхема что в формирователе длительности лучше заработала 74АС00РС.
Так что то что указаны микросхемы в исходной схеме я даже не стал покупать, потому что посмотрел их параметры и понял что это лажа какая то..

Я посмотрел какие сигналы идут по базе транзистора и обнаружил что микросхема не раскачивает транзистор, было похоже на то что ему не хватает амплитуды. Импульс на базе был завален по амплитуде гдето всего 0,5-0,7 вольта, я пробовал менять екость и резистор по базе - не помогло. А напряжение насыщения на коллекторе составляло при импульсе гдето 150 вольт. Т.е. он приоткрывался всего лишь вольт на 30, т.е. эт то  что подавалось на транс. Тогда я решил что буду дальше юзать IRF -ы... И взял первый попавший IRF710, и сразу вышел а НС импульсы амплитудой 500-600 вольт длительностью 7-10нс.

0

16

Парни извините просто не хватает времени на все.. Пока вот фото моего генератора
http://sa.uploads.ru/t/dKxzW.jpg

0


Вы здесь » Место силы » Практика СЕ » Генератор наносекундных импульсов