RU24328U1

RU24328U1 - HIGH FREQUENCY PULSE GENERATOR BASED ON SOS DIODES

Info

Publication number: RU24328U1
Application number: RU2002101066/20U
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Тарасенко; Д.В. Шитц; С.Н. Рукин; М.И. Ломаев
Original assignee: Институт сильноточной электроники СО РАН
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2002-07-27

Abstract

Высокочастотный генератор импульсов на основе SOS-диода, содержащий источник питания, соединенные последовательно коммутаторы прямого и обратного токов, параллельно коммутатору обратного тока подключена цепь, состоящая из последовательно включенных конденсатора, катушки индуктивности, прерывателя тока и нагрузки, включенную параллельно прерывателю тока, отличающийся тем, что в качестве прерывателя тока использован SOS-диод, и дополнительно параллельно конденсатору включен резистор.A high-frequency pulse generator based on a SOS diode, containing a power source, direct and reverse current switches connected in series, a circuit consisting of a series-connected capacitor, inductance coil, current chopper and load connected in parallel with the current chopper, connected in parallel with the reverse current switch, characterized in that that a SOS diode is used as a current chopper, and an additional resistor is connected in parallel with the capacitor.

Description

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ГЕНЕРАТОР РШПУЛЬСОВ НА ОСНОВЕ SOS-ДИОДАHIGH-FREQUENCY RHPULSE GENERATOR BASED ON SOS-DIODE

Полезная модель относится к импульсной технике и может быть использована в качестве преобразователя напряжения, генератора для возбуждения либо пробоя газоразрядных ламп и т. п.The utility model relates to pulsed technology and can be used as a voltage converter, a generator for excitation or breakdown of discharge lamps, etc.

Известен генератор наносекундных импульсов, содержащий тиристорное зарядное устройство, магнитный компрессор, SOS-диоды и нагрузку. Такой генератор имеет полностью твёрдотельную систему коммутации с использованием в первичной пепи тиристора и повышающего импульсного трансформатора. В процессе магнитного сжатия импульса при переходе энергии от одного звена к последующему происходит удвоения напряжения, величина которого составляет Uo-2, где UQ - выходное напряжение импульсного трансформатора, п - число звеньев сжатия устройства. Далее высоковольтный импульс синусоидальной формы подавался на SOS-диод 1. При обрыве тока на SOS-диоде возникает высоковольтный импульс напряжения амплитудой сотни киловольт.Known generator of nanosecond pulses containing a thyristor charger, magnetic compressor, SOS diodes and load. Such a generator has a fully solid-state switching system using a thyristor and a step-up pulse transformer in the primary ashes. In the process of magnetic compression of the pulse during the transition of energy from one link to the next, the voltage doubles, the value of which is Uo-2, where UQ is the output voltage of the pulse transformer, n is the number of compression links of the device. Then, a high voltage sinusoidal pulse was supplied to SOS diode 1. When a current is cut off, a high voltage voltage pulse with an amplitude of hundreds of kilovolts appears on the SOS diode.

Недостаток такого генератора - низкая частота повторения импульсов, не более 250 Гц.The disadvantage of this generator is the low pulse repetition rate, not more than 250 Hz.

Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является полупроводниковый генератор наносекундных импульсов на базе дрейфового диода с резким восстановлением (ДДРВ), содержащий ДДРВ, зарядное устройство, цепь обратного тока, состоящую из конденсатора, катушки индуктивности и коммутатора и цепь прямого тока, состоящую из конденсатора, катушки индуктивности и коммутатора. Параллельно ДДРВ размещена цепь нагрузки. Кроме того, в генераторе параллельно конденсатору цепи обратного тока подключен шунтирующий диод, соединенный анодом с анодом ДДРВ, в качестве коммутатора обратного тока использован дроссель насыщения с цепью размагничивания 2.The closest to the useful model in terms of technical nature and the achieved result is a semiconductor generator of nanosecond pulses based on a sharp recovery drift diode (DDRV), containing DDRV, a charger, a reverse current circuit consisting of a capacitor, an inductor and a commutator, and a direct current circuit, consisting of a capacitor, an inductor and a switch. Parallel to the DDRV is a load circuit. In addition, in the generator, a shunt diode is connected parallel to the capacitor of the reverse current circuit, which is connected by the anode to the DDRV anode, and a saturation reactor with a demagnetization circuit 2 is used as a reverse current switch.

Однако известный генератор имеет некоторые недостатки, а именно, необходимость размагничивания коммутирующего дросселя, что усложняет схему, ограничение частоты повторения импульсов (не более 20 кГц) и низкий коэффициент перенапряжения. Такой генератор импульсов работает только на низкоомную нагрузку.However, the known generator has some disadvantages, namely, the need to demagnetize a switching inductor, which complicates the circuit, limiting the pulse repetition rate (not more than 20 kHz) and a low overvoltage coefficient. Such a pulse generator operates only on a low-impedance load.

К причинам препятствующим достижешж) указанной ниже цели при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве нет элементов обеспечивающих возможность работы генератора при более высокой частоте повторения импульсов, более высоким коэффициентом перенапряжения.For reasons that impede the achievement of the following goal when using the known device adopted as a prototype, the known device does not have elements that enable the generator to operate at a higher pulse repetition rate, a higher overvoltage coefficient.

Целью полезной модели является генерирование импульсов длительностью несколько сотен наносекунд с частотой повторения более сотни кююгерп, с возМНК Н 03 КЗ/53The purpose of the utility model is to generate pulses with a duration of several hundred nanoseconds with a repetition rate of more than a hundred kyuyherp, with vozMNK N 03 KZ / 53

можностью использования слаботочных коммутаторов и работы генератора на высокоомную либо емкостную нагрузку.the possibility of using low-current switches and the operation of the generator for high-resistance or capacitive loads.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем источник питания, коммутаторы прямого и обратного токов, включенные последовательно, параллельно коммутатору обратного тока подключена цепь, состоящая из последовательно включённых конденсатора, катушки индуктивности, прерывателя тока и нагрузки, включенную параллельно прерывателю тока, согласно предлагаемому техническому решению, в качестве прерывателя тока использован SOS-диод, и дополнительно параллельно конденсатору включен резистор.This goal is achieved by the fact that in the known device containing a power source, the forward and reverse current switches connected in series, a circuit consisting of a series-connected capacitor, an inductor, a current chopper and a load connected in parallel with the current chopper is connected in parallel with the reverse current switch, according to the proposed technical solution, a SOS diode is used as a current chopper, and an additional resistor is connected in parallel with the capacitor.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема высокочастотного генератора импульсов на основе SOS-диода.In FIG. 1 shows a circuit diagram of a high-frequency pulse generator based on an SOS diode.

На фиг. 2 показаны эпюры напряжения и тока SOS-диода.In FIG. 2 shows voltage and current plots of a SOS diode.

Высокочастотный генератор импульсов на основе SOS-диода содержит коммутатор прямого тока 1, коммутатор обратного тока 2, источник питания 3, нагрузку 4. SOS-диод 5, конденсатор 6, резистор 7 и катушку индуктивности 8.The high-frequency pulse generator based on the SOS diode contains a forward current switch 1, a reverse current switch 2, a power supply 3, a load 4. An SOS diode 5, a capacitor 6, a resistor 7, and an inductor 8.

Высокочастотный генератор импульсов на основе SOS-диода работает следующим образом. При открывании коммутатора 1 от источника питания 3 через цепь, состоящую из последовательно включенных конденсатора 6, катушки 1Шдуктивности 8 и SOS-диода 5 протекает ток, при этом конденсатор 6 заряжается. Далее в нуле зарядного тока коммутатор 1 закрывается, а коммутатор 2 открывается, после чего начинается разрядка конденсатора 6 через коммутатор 2, SOSдиод 5 и катушку индуктивности 8, до тех пор, пока SOS-диод 5 не восстановится и ток разрядки не оборвётся. При обрыве же тока на SOS-диоде 5 наблюдается импульс напряжения длительности 300 не, отрицательной амплитудой более десятка раз больше напряжения питания источника напряжеьшя 3. Далее коммутатор 2 закрывается и процесс циклически повторяется.A high-frequency pulse generator based on the SOS diode operates as follows. When you open the switch 1 from the power source 3 through a circuit consisting of a series-connected capacitor 6, the coil 1 of the inductance 8 and the SOS diode 5, current flows, while the capacitor 6 is charged. Next, at zero of the charging current, switch 1 closes and switch 2 opens, after which the discharge of capacitor 6 through switch 2, SOS diode 5 and inductor 8 begins, until the SOS diode 5 is restored and the discharge current breaks. When the current is cut off, a voltage pulse of 300 nsec duration is observed on the SOS diode 5, with a negative amplitude more than a dozen times greater than the supply voltage of the voltage source 3. Next, switch 2 is closed and the process is repeated cyclically.

При работе генератора на высокоомную нагрузку, на конденсаторе 6 происходит накопление заряда, поэтому для полной разрядки конденсатора 6 устанавливается резистор 7. Если нагрузка генератора является низкоомной, то резистор 7 не нужен.When the generator is operating at a high-resistance load, a charge accumulates on the capacitor 6, therefore a resistor 7 is installed to completely discharge the capacitor 6. If the generator load is low-resistance, then the resistor 7 is not needed.

Принцип работы полупроводникового диодного прерывателя тока состоит в следующем. Импульс прямого тока малой длительности в базе возле р-п перехода создает тонкий слой инжектированной плазмы, в которой сосредоточена основная тастъ накопленного заряда. При протекании тока обратной накачки происходит рассасывание плазменного слоя у р-п перехода с одновременным дрейфовым выносом дырок из остальной части базы. SOS-диоды (Semiconductor Opening Switch) - новые высоковольтные приборы, в основе которых р-р-п-п -структура, обладающая меньщим временем обрыва тока (4-25 не) 3.The principle of operation of a semiconductor diode current chopper is as follows. A direct current pulse of short duration in the base near the pn junction creates a thin layer of injected plasma, in which the main part of the accumulated charge is concentrated. When the reverse pump current flows, the plasma layer dissolves at the pn junction with the drift removal of holes from the rest of the base. SOS diodes (Semiconductor Opening Switch) - new high-voltage devices, based on which rrpnp structure, which has a shorter current interruption time (4-25 ns) 3.

С помощью заявляемого устройства впервые получен слаботочный частотный SOS-эффехт. Реализованы импульсы напряжения амплитудой 4.5 кВ при напря:жешш прггания источника 3 равным 300 В частотой повторения более 100 кГц. Яагяузхой генератора 4 служила лампа барьерного разряда.Using the inventive device for the first time obtained low-current frequency SOS-effect. Voltage pulses with an amplitude of 4.5 kV were realized at a voltage of about 300 V of source 3 equal to 300 V with a repetition frequency of more than 100 kHz. The Yagyauzha generator 4 was a barrier discharge lamp.

Источники информации.Sources of information.

1.Рукин С.Н. Генераторы мощных наносекундных импульсов с полупроводниковыми прерывателями тока // Приборы и техника эксперимента. 1999, N4, с. 5-36.1.Rukin S.N. Generators of powerful nanosecond pulses with semiconductor current choppers // Instruments and experimental technique. 1999, N4, p. 5-36.

2.Патент RU №2009611, опубликован в Б.И. №5, от 15.03.94г. (прототип).2. Patent RU No. 20099611, published in B.I. No. 5, dated 03/15/94. (prototype).

3.Патент RU №2156014, опубликован в Б.И. №25, от 10.09.2000г.3. Patent RU No. 2156014, published in B.I. No. 25, dated 10.09.2000

Claims

A high-frequency pulse generator based on a SOS diode, containing a power source, direct and reverse current switches connected in series, a circuit consisting of a series-connected capacitor, inductor, current chopper and load connected in parallel with the current chopper, connected in parallel with the reverse current switch, characterized in that a SOS diode is used as a current chopper, and an additional resistor is connected in parallel with the capacitor.