Изобретение относитс к области сильноточной импульсной технике,кон ретно, к импульсным генераторам тока может быть использовано в различных отрасл х радиоэлектронной техники, -В частности, в телевизионной аппара туре . Известны генераторы пилообразного тока l . Недостаток известных генераторов состоит в синусоидальном характере изменени тока в нагрузке. Известен пьезогенератор, содержа пластинчатый пьезоэлеме.нт, имеющий на противоположных параллельных поверхност х электроды и генератор ударной волны с выходной поверхностью ,, нормальной к поверхност м элек родов 2 .«. Недостатком известного устройства вл етс искаженный характер нарастающего участка пилообразного импульса тока в индуктивной нагруз Цель изобретени состоит в .вырав низании нарастающего участка.импуль тока в индуктивной нагрузке. Указанна цель достигаетс тем, что один из электродов выполнен в виде фигуры, состо щей из двух частей , одна из которых имеет форму пр моугольника и расположена со стороны генератора ударной волны, а втора ограничена с двух сторон отрезками пр гжах, параллельных выходной поверхности генератора ударной волны, а две тфугйе ограничены экспоненциальными кривыми, описываемыми выражением: 13. У(2)-(е2т-1), где L индуктивность нагрузки, г; /г ,, 2 А - проводимость ударносжатоп пьезокерамики, см-м ; . V - скорость распростргьиени ударной волны в пьезокёрамике, м/с Хо- олщйна пьeзoэлeмeнтa,м; z - текуща координата по длине пластины; OiZsZo 2 VV , м; - параметр длины, м t --врем работы пьезогенератора CS /l j5Vo(2PQV +otVor г t РО-.пол ризаци пьезокерамики, кл-м ; 3 . VQ- рабочее напр жение на электродах пьезогенератора, S; об е деУХо- Ф-с- -лл- -, (4) еГо- диэлектрическа проницаемомость вакуума, . ., дЕ(е-е) - разница относительных безразмерных диэлектрических проницаемостей пьезокерамики перед и за фронтом ударной волны. ha фиг.1 изображен пьезоэлемент в форме пр мругол.ьного Параллелепипеда на фиг. 2 показана форма элек рода пьеэоэлемента, обеспечивающего линейное нарастание тока в индуктивной нагрузке; на фиг.З схематично изображены границы формирующей чгасти ёлектрода на поверхности пр моугольной пластины ий ПК;на фиг.4 - вид пьезоэлемента, повернуторо на 90° по от йошёййй к положению, показ а нному на фиг.З; на фиг.5 - гафик линейно нарастающего тока.пьезогенёратора в инд ктивной нагрузке; на фиг.6 график напрйженй на электродах. пьезогенератора. Сущность: изобретени состоит в тсэм, что электрода пьезЬгёйё эЁтора выполнены в виде двух частей, за- Лускающёй и фор вирунадей, причем за пу скак ца часть распо ожена мёжд; гёиератором ув и формирую чей частью и имеет форму пр моугольника, а формирующа часть представл ет собой фигуру, ограниченную с двух сто рой отрезками пр мых, параллельных выходной поверхности УВ, меньший из которых служит границей раздела запускающей и формирующей частей L электрода, а двё д|ругйё 6гран1 чёны экспоненциальными кривыми (фиг,2). Количественно размеры запускающей и формирун цей частей электрода ощ едел ютс электрофизическими параметрами ПК, йёлйчиной индуктивности нагрузки Ь и амплитудой диией но нараофающего тока Зд.. , . Рассмотрим подробно вывод формул дл описани формы формирующей част электрода генератора. Дл этого запшием в общем виде балансы потенциа лов и зар дов дл электрической цеп пьезогенератора, полага , что грани ца его электрода ест| функци от по ложени фронта УВ в ПК у-у (а ), где , а толщина пьеэоэлемента Хо(фиг.З и 4). При выводе соотношений будем учитывать, что на фронте УВ происходит депол ризаци ПК, сопровождаю ща с вьщелением св занного до этог зар да с поверхностной плотностью I изменением диэлектрической проницаемости и проводимости. Будем также учитывать то, что на электродах пьезогенератора, начина с момента t« О , напр жение посто нно и равно VQ, поскольку только вThe invention relates to the field of high-current impulse technology. Consequently, impulse current generators can be used in various fields of electronic equipment, in particular, in television equipment. Known generators sawtooth current l. A disadvantage of the known generators is the sinusoidal nature of the change in current in the load. A piezo-generator is known, containing a plate-like piezoelectric element, which has electrodes on opposite parallel surfaces and a shock wave generator with an output surface that is normal to the surfaces of electrons 2. ". A disadvantage of the known device is the distorted nature of the growing portion of the sawtooth current pulse in an inductive load. The purpose of the invention is to eliminate the growing portion. An impulse of current in an inductive load. This goal is achieved by the fact that one of the electrodes is made in the form of a figure consisting of two parts, one of which has the shape of a rectangle and is located on the side of the shock wave generator, and the second is bounded on both sides by segments that are parallel to the output surface of the shock generator waves, and two tfugye are limited by exponential curves, described by the expression: 13. Y (2) - (e2t-1), where L is load inductance, g; / g ,, 2 A - conductivity of shock compression of piezoelectric ceramics, cm-m; . V is the velocity of propagation of the shock wave in the piezoceramics, m / s Hollow piezoelement, m; z is the current coordinate along the plate length; OiZsZo 2 VV, m; - length parameter, m t - time of operation of the piezo-generator CS / l j5Vo (2PQV + otVor g t PO-. polarization of piezo-ceramics, cl-m; 3. VQ- working voltage on the electrodes of the piezo-generator, S; -c- -ll--, (4) eHD is the dielectric constant of vacuum,.., DE (e) is the difference of the relative dimensionless dielectric permeabilities of piezoceramics in front of and behind the shock wave front. figure 1 shows a piezoelectric element in the form of a rectangle The parallelepiped in Fig. 2 shows the shape of an electric pie element, providing a linear increase in current in an inductive load. ; FIG. 3 schematically shows the boundaries of the forming electrode electrode on the surface of a rectangular PC plate; FIG. 4 is a view of the piezoelectric element rotated 90 ° from yoshoy to the position shown in FIG. 3; FIG. Gafik of a linearly increasing current of a piezo generator in an indi cated load; in Fig. 6, a diagram of the voltage on the electrodes of the piezo generator. Essence: the invention consists in that the electrodes of the piezoelectric generator are made in two parts, behind the trigger and the shape of the virus, and a part is located between; The geoerator is u and the forming part and has the shape of a rectangle, and the forming part is a figure bounded with two side segments straight, parallel to the output surface of the shock wave, the smaller of which serves as the interface between the triggering and forming parts L of the electrode, and two | rugyo 6gran1 cheny exponential curves (Fig, 2). The dimensions of the triggering and forming parts of the electrode are quantitatively divided by the electrophysical parameters of the PC, the load inductance Y of the laser, and the amplitude of the current di- ary of the ground current, ... Let us consider in detail the derivation of formulas for describing the shape of the forming part of the generator electrode. For this purpose, generally speaking, balances of potentials and charges for an electric circuit of a piezogenerator, it is believed that the boundary of its electrode eats | the function from the position of the HC front in the PC is yy (a), where, and the thickness of the piezoelectric element Xo (Fig. 3 and 4). In deriving relations, we will take into account that at the front of the shock wave, PC is depolarized, accompanied by the increase in the charge associated with this charge with surface density I by a change in the dielectric constant and conductivity. We will also take into account the fact that, on the electrodes of the piezogenerator, starting from the moment t "O, the voltage is constant and equal to VQ, since only in
.:„ том случае ток в индуктивной нагузке будет нарастать линейно 1чАг, де 2 - длительность линейно нарасающего импульса, равна времени проега УВ по формирующей части электро : . Зар д, выдел ющийс при депол ризации ПК на электродах пьееоэлемента соответствии с фиг.З, равен (t)dt. (б) о . . . Зар д, перетекающий за счет проодимости у} в сжатой зоне ПК, есть . it (Я ртЛ Jy(, ° (f) где. |Ь -:г--: . Зар д, перетекающий во внешней цепи генератора, , .2(8) л 1+ о .- у F . Емкость пластин пьезогенератора а момент -fc, с учетом изменени ди- . электрической проницаемости, есть ; t . / . Ctt) C(0)-ooJy ildtV . .: . - О . . - . . где. оС е: ДЕУКо. Напр жение иа электродах пьезоге нёратора;и, следовательно, на индуктивной ,на1 рузк-а, которое по ycлoi9ию вл етс посто нным, может быть- заИсано исход из услови баланса за дов и напр жени в виде; tV 2 jyttVt-pX ljy(t«|dtyt -M ,(o) uoi , - CfOhoCJyltl t гдеЧоС(О) - зар д на электродах в момент . . . -... Проинтег-рировай полученное выражение и сгруппировав подое5нне чЛены, получим уравнение д расчета формы электродов: (11) iiЁ1 ц.Ло. dt 2PoVio(.Yo l2PoV4oLYoyL Решение этого уравнени при условии , что при , запишетс в видеI , {12} где Т /&Vj,(2PoV+a.V0) в полученном решении (12) легко перейти от зависимости по времени к зависимости от координаты z , заменив t и Т на z и z. На ВИЯ полученного решени (12) вли ет1только проводимость А (параметр . В случае, когда , т.е. проводимостью сжатой зоны можно пренебречь, полученное решение преобразуетс к более простс у виду .: - ) . .у (2P-V-KiV-)b В ЭТОМ случае форма электрЪдов становитс треугольной, в то врем как в общем случае их геометри описываетс экспоненциальной функци ей. . Полученные решений справедливы только в случае, когда с момента t. О начала работы .пьезогенератора, нш1р жение вашего электродах равно , а ток внагрузке П(0)0. В реальном случае выполнение ука за.нных. условий затруднительно. Практическое решение задачи пред полагает отклонение тока от линейно на начальном участке времени (ОД) работы пьезогейератора с тем, чтобы к моменту времени t j i- напр жение на электродах достигало рабочег значени Yjj, а ток - некоторого зна чени Dj., При этом часть электрода, соответствующа интервалу времени работ пьезогенератора (о, ij) , должна имет ФО1ЖУ, отличную от идеального случа ( решени (12) и (13) , например пр моугольную, названную выше запуб кающей частью электрода. Геометрические раЗме 1ы: этой части электрод определ ютс следующим образом: высота ее равна , (14) а длина - 2у, параллельна выходНой поверхности генератора УВ, опре дел етс как временем t, так и индуктивностью нагрузки, напр жением Vo и электр&физическими параметр ми ПК./ В общем случае, как и дл y(t) / могут быть получены уравнени дл тока tl (t) и напр жени V(t) пьезо генератора в интервале CO/t) из соотношени , аналогичного (10), толь ко в этом случае заданной будет фор ма электрода: (фиг.2). Уравнение запишутс в виде: uclt)3+-3 u 2PoaoV где C{t (et + де1)х; + с, T(t)42a,Y.iV.t.x; С - емкость формирующей части электродов. 06 С помощью уравнений (15) и (16) можно найти размер Уд, при.котором в момент tj напр жение на электродах достигает рабочего значени VQ, и определить ток D , протекающий в этот момент в индуктивно. нагрузке L . Поскольку дл времени t i нaпp жeниена электродах V(t), то и ток О (t) в нагрузке Ь будет нарастать медленнее, чем в идеальном случае, когда V(t) VQ с момента . Это означает, что на момент времени t ток в нагрузке L будет Меньше, чем в идеальном случае, когда он растет линейно с момента начала работы генератора . . .. D{t). -Это означает в свою очередь, что дл интервала времени (1,1) линейно нарастающий ток в рассматриваемом случае должен описыватьс формулой: YO (18) Dlt)--(t-to), .. .- . .4-:--,- - . . . ., где временной параметр laV определ етс из услови равенства I/ (i) току /J в момент t В соответствиис этим должны быть внесены поправки и в формулы (12) и (13), определ ющие форму электрода, поскольку значени .у-(t) взаимно и однозначно св зана со значени ми тока D (t) в нагрузке. , Эти формулу должна быть записаны в виде: . ; .-.. 1 I ;: ( t) ЦгРв Размеры сечеиий формирующего элек , - ,i- - --. P°«a .1 на момвнт времвни определ ютс :по формуле (20) или (21), а полна высота электрода ормулой: : 22 V (t+to). (22) В качестве Hpieiepa конкретного ыполнени рассмотрим конструкцию ьезогенератора, предназначенного л формировани в инд:уктивной нарузке U 100 мкГ импульса пилообазного тока амплитудой 3 500 А, лительностью лжс и ,5MKC, удем также дл простоты считать, то диэлектрическа проницаемость 1000 как за,так и перед фроном УВ (), проводимость 0() , пол ризаци ,3 Кл/м , рабоча напр женность пол в ПК 2,5 кВ/мм. В соответствии со Сделанными редположени ми в данное частном лучае формируквда часть электрода.: “In this case, the current in an inductive load will increase linearly 1 hAg, de 2 - the duration of a linearly increasing pulse, is equal to the time of the shock wave through the forming part of the electro: The charge generated during depolarization of the PC on the electrodes of the piezoelement according to Fig. 3 is equal to (t) dt. (b) about. . . There is a charge that flows through the operation of y in the compressed zone of the PC. it (I rtl Jy (, ° (f) where. | b -: d--:. dar, flowing in the external circuit of the generator,, .2 (8) l 1+ o .- at F. Capacity of the piezo generator plates the moment -fc, taking into account the change in the di- electric permeability, is; t. /. Ctt) C (0) -ooJy ildtV.:. - O. -. where. ° C e: Deuko. Voltage on the electrodes the piezogean of the non-torus; and, therefore, on the inductive one, which is constant for ysloi9iu, can be based on the condition of the balance of the voltage and voltage in the form; tV 2 jyttVt-pX ljy (t "| dtyt -M, (o) uoi, - CfOhoCJyltl t whereCoC (O) is the charge on the electrodes at the moment ... -... Integrate n Finding the expression and grouping the 5Ne hLaNs, we get the equation for calculating the shape of the electrodes: (11) ii-1 tL.t dt 2PoVio (.Yo l2PoV4oLYoyL Solution of this equation provided that, when, is written as, I, {12} where T / & Vj , (2PoV + a.V0) in the obtained solution (12) it is easy to go from the time dependence to the dependence on the z coordinate, replacing t and T with z and z. The VIA of the obtained solution (12) is affected only by the conductivity A (parameter. In the case when, i.e. the conductivity of the compressed zone can be neglected, the solution obtained is converted to a simpler form.: -). y (2P-V-KiV-) b In this case, the shape of the electrons becomes triangular, while in the general case their geometry is described by an exponential function. . The solutions obtained are valid only in the case when from the moment t. About the beginning of work. Piezo generator, the spreading of your electrodes is equal, and the current in the load is P (0) 0. In the real case, the execution of the ya za. conditions difficult. Practical solution of the problem assumes the current deviation from linearly in the initial time interval (OD) of the piezogerator operation so that by the time tj i the voltage across the electrodes reaches the working value Yjj and the current reaches some value Dj. , corresponding to the time interval of the piezogenerator (o, ij), should have a FF1 different from the ideal case (solutions (12) and (13), for example, a rectangular, above-mentioned subs part of the electrode. Geometrical dimensions 1y: this part of the electrode is determined following about In other words, its height is equal to, (14) and its length is 2y, parallel to the output surface of the HC generator, determined by both the time t and the load inductance, voltage Vol and electrical and physical parameters of the PC. In general, for y (t) /, the equations for current tl (t) and voltage V (t) of the piezo generator in the interval CO / t) can be obtained from a relation similar to (10), only in this case the shape of the electrode will be: (figure 2). The equation will be written as: uclt) 3 + -3 u 2PoaoV where C {t (et + de1) x; + c, T (t) 42a, Y.iV.t.x; C - the capacity of the forming part of the electrodes. 06 With the help of equations (15) and (16) one can find the size of Vm, at which the voltage across the electrodes at tj reaches the working value VQ, and determine the current D flowing at this moment in inductively. load l. Since for time t i on the electrode V (t) electrodes, the current O (t) in the load b will increase more slowly than in the ideal case, when V (t) VQ since. This means that at time t, the current in the load L will be Less than in the ideal case, when it grows linearly since the generator began operation. . .. D {t). - This in turn means that for the time interval (1,1) the linearly increasing current in the case under consideration should be described by the formula: YO (18) Dlt) - (t-to), ... .-. .four-:--,- - . . . ., where the time parameter laV is determined from the condition of equality I / (i) to current / J at time t In accordance with this, formulas should also be amended in formulas (12) and (13), which determine the shape of the electrode, since the values. (t) is mutually and unambiguously related to the values of the current D (t) in the load. These formulas should be written as:. ; .- .. 1 I;: (t) CGPV Dimensions of the sections of the forming electric, -, i - - -. P ° "a .1 at a time interval is determined: by the formula (20) or (21), and the total height of the formula is: 22 V (t + to). (22) As a specific performance Hpieiepa, consider the design of a piezine generator designed for ind formation: active load U 100 μG of a pilo base current pulse with an amplitude of 3 500 A, with a duration of 1000 MHz, 5MKC, let us also consider, for simplicity, the dielectric constant 1000 for and in front of the shock wave front (), conductivity 0 (), polarization, 3 C / m, working field strength, 2.5 kV / mm in PC. In accordance with the provisions made in this particular beam of the formative part of the electrode
принимает треугольную форму, вл ющуюс предельной по отношению к экспоненциальной форме, характерной дл общего случа р О. Уравнение дл тока, генерируемого в рассматриваемом случае пр моугольной запускающей частью, может быть представлено в виде:takes a triangular shape, which is limiting with respect to the exponential shape characteristic of the general case of O. The equation for the current generated in the considered case by the rectangular triggering part can be represented as:
.у„лг, (23) o-C.-Jo-t где С . емкость пьезо . генератора. , . . . . -., Решение этого уравнений находим при начальных услови х 3(0)0и 3(о)0 t5(t) 2P-yoV(i-cosa)l) Напр жение соответственно ейть р жение.соответстве Y(t) 2 yo J smcot, где со (LC)2 . В интервале времени (1,) реше1 ие имеет вид{ . W.lt-4, U И V(t) VQ.. (27) Дл этого необходимо, чтобы най жение на нагрузке (25) в момент t достигало величины YO , т.е. длина пр моугольной части электрода равн лась о Г . sinotj а временной параметр в соответствие (18) определ етс в виде ( l-COSWli)(29) stnoolj по заданным значени м амплитуды линейно нарастающего тока, длитель йости импульса и индуктивности нагрузки определ етс напр жение на электродах пьезогенератора: V-b Толщина пьезоэлемента в соответ аии с Этим напр жением и рабочей н пр женностью пол в ПК может быть определена по формуле: у 5аЬ 0 Количественный расчет, выполнен по формулам (14), (30), (28), (29) (22), (21) дает, соответственно, следующие значени дл ископаегшх параметров: Zi 0,5 см Vo 510®B, Хо.0,2 см, УО 0,7 см, ,2 мкс Zj 5,1 см, У) 0,5 см, У2, 17 см. Дл иллюстрации на фиг.5 и б привод тс графики тока и напр жен реализуемые в электрической цепи р считанного пьезогенератораi Отклонение от линейности режима работы пьеэогенератора рассматрива .y „lg, (23) o-C.-Jo-t where C. piezo capacitance. generator. , . . . -., The solution of this equation is found under the initial conditions 3 (0) 0 and 3 (o) 0 t5 (t) 2P-yoV (i-cosa) l) The voltage, respectively, is recovered. In accordance with Y (t) 2 yo J smcot, where with (lc) 2. In the time interval (1,), the solution has the form {. W.lt-4, U and V (t) VQ .. (27) For this, it is necessary that finding the load (25) at time t reaches the value YO, i.e. the length of the rectangular part of the electrode was about. sinotj and the time parameter in accordance with (18) is defined as (l-COSWli) (29) stnoolj according to the specified amplitudes of the linearly increasing current, pulse duration and inductance of the load is determined by the voltage on the electrodes of the piezogenerator: Vb The thickness of the piezoelectric element in accordance with Ai with this voltage and working voltage the floor in the PC can be determined by the formula: y 5a 0 The quantitative calculation is made by the formulas (14), (30), (28), (29) (22), (21) gives, respectively, the following values for the fossil parameters: Zi 0.5 cm Vo 510®B, Ho.0.2 cm, PP 0.7 cm, 2 µs Zj 5.1 cm, U) 0.5 cm, U2, 17 cm. For illustration in Fig. 5 and b, graphs of the current and voltage realized in the electric circuit p of the read piezo generator are given. The deviation from linearity of the operation of the pie generator is considered
мой конструкции принципиальны, но незначительны по времени и составл ют 5% от общего времени его работы.My designs are fundamental, but insignificant in time and constitute 5% of the total time of its operation.