Приветствую всех. Возникла необходимость собрать высоковольтный испульсный генератор для модуляции добротности лазера. Напряжение от 4.5 до 6 кВ, за 20 нс должно упасть до нуля, затем продержаться так около 150 нс и снова вернуться до 5 кВ, уже не важно как быстро. Нагрузка генератора - конденсатор небольшой емкости (ячейка Керра). Имеет ли кто-нибудь опыт работы и может ли подсказать со схемой. Заранее благодарю всех ответивших. Александр

А сколько ест тока эта ячейка керра ?
------------
пардон, увидел фразу про конденсатор
но лучше емкость таки указать

Стандартно делается генератор на длинной линии, разрядник в качестве переключающего элемента.

Если все "плохо" можно купить готовый тут. Но у них стандартно до 4кВ, возможно сделают и больше, но надо выяснять. Если есть желание и возможности делать самому и совсем нет опыта, то для начала надо купить (в сети) книгу В.П.Дьяконова "Лавинные транзисторы и тиристоры. теория и применение". В сети есть первое издание книги за 1973г. По схемам можно посмотреть эти ссылки:
http://icecube.wisc.edu/~kitamura/NK/Flash...ch/RSI03066.pdf
http://www.dianyuan.com/bbs/u/67/2354671216795047.pdf
http://www.springerlink.com/index/036078G740270122.pdf
Удачи.

Можно проще- цепочка высоковольтных FETов и хитрый импульсный трансформатор со множеством вторичных обмоток- на каждый транзистор отдельная вторичка. А хитрый- чтобы между вторичками выдерживал полное импульное напряжение и емкости межобмоточные были минимальны и сбалансированны, чтобы процесс открытия транзисторов был равномерный.
Еще очень важна частота работы ключа- если это единицы герц- то тогда все достаточно легко получается, а если десятки килогерц- то ключи по теплу перегревается, лучше акустооптику ставить.

Спасибо за ссылки. Книга эта есть и используется. Уже пошли за транзисторами для одной из схем по ссылкам, будем собирать.

если кому еще интересно, то вот схемка, срисованная с одного американского девайса.

однако, повторение показало, что продаваемые у нас в стране транзисторы 2N6517 вовсе не держат подаваемые в схему 750В, максимум 530-550В. Причем где-то с этого напряжения они начинают "течь" - появляется ток коллектора. Если увеличить сопротивление R2 (56К) до величины, ограничавающей ток коллектора величиной 0.2-0.3мА, то транзисторы стоят вполне стабилитронами. с напряжением стабилизации эти самые 530В, которое несколько возрастают от времени нахождения под напряжением, примерно до 560В.
Хуже всего, что доступные 2N6517 при работе долго не живут - в течении времени наработки идет деградация кристалла и сильно увеличивается утечка.
Так что американские 2N6517 видимо совсем другие, чем продающиеся в России. Впрочем, ВСЕ эти явления (и деградация, и стабилитроновость) описаны в книжке Дьяконова, за что ему огромное спасибо. Да и в инете попадались иследования кристаллов транзисторов одного типа разных производителей - могут быть совсем разные.

По даташиту американский Fairchild 2n6517 гарантирует только 350 Вольт. Сколько живут ваши транзисторы?
Какое у вас получилось время срабатывания и на какую нагрузку?
Собираюсь повторить данную схему для раскачки ячейки Поккельса. Емкость 57 пФ, на какую длительность фронта можно расчитывать?

при работе транзистора в лавинном режиме даташит надо читать между строк. Напряжение на закрытом транзисторе должно быть близко к его напряжению лавинного пробоя. Иначе от плохо запускается. А напряжение лавинного пробоя гораздо выше даташитовских Uсb. Хотя, корреляция безусловно есть.
А время жизни транзистора в таком (лавинном) режиме больше определяется физическим размером кристалла. А он (размер) у 2n6517, что были у меня - похоже маловат. В общем, 2n6517 живет от недель до нескольких месяцев 10Гц в рабочее время. Гораздо дольше живут MPSA42, но их можно запитать только 500В, а лучше где-нибудь 480В. Кстати, MPSA42 обеспечивает бОльший ток через себя, чем 2n6517, при прочих равных условиях.
длительность фронта определяется выходными резисторами (у америкосов 450 ом в сумме). У меня для MPSA42 300 ом - компромисс между ограничением выходного тока и длительностью фронта. нагрузка - около 50пФ. У меня 12 каскадов по 500в, фронт 6кВ около 40нс.
Сейчас на интерес гоняю KSP44 - пока живет, но статистики нет.

Самое вкусное - пока считаю лучшими транзисторами Zetex ZTX857. Похоже, что большой кристалл в маленьком корпусе. Ucb держит 550В, уменьшил выходной резистор до 150 ом, фронт хороший, пока живет. Рекомендую. Но дорогой.

2 осциллограмки - одна - на конденсатор 50пФ, вторая - более лохматая - на электрооптический затвор, там похоже какие-то еще отражения.
Синий - выходное напряжение, 1кВ в клетке, подпор 2.9кв и выстрел в -3кВ, всего почти 6кВ.
желтый - на стоке запускающего мосфета, примерно 500В. Задержка выходного импульса от запуска - примерно 20нс


вот еще осциллограмки выходного тока (желтым) (в pdf) для MPSA42

Сегодня собрал три секции из конденсаторов и двух транзисторов 2n6517 по американской схеме. Для питания использовал сетевую гальваноразвязку из двух трансформаторов от бесперебойников и удвоитель напряжения - получилось около 600 в. Полевика под рукой не оказалось, вместо него запускал отрезком провода. На выход включил последовательно три резистора МЛТ-1 150 Ом, затем конденсатор 1 нФ и заземлил его на сопротивление 1 Ом. С него и снимал осциллограммы.
Какой пробник используете при измерениях?

Сегодня собрал три секции из конденсаторов и двух транзисторов 2n6517 по американской схеме. Для питания использовал сетевую гальваноразвязку из двух трансформаторов от бесперебойников и удвоитель напряжения - получилось около 600 в. Полевика под рукой не оказалось, вместо него запускал отрезком провода. На выход включил последовательно три резистора МЛТ-1 150 Ом, затем конденсатор 1 нФ и заземлил его на сопротивление 1 Ом. С него и снимал осциллограммы.
Какой пробник используете при измерениях?

трудно комментировать эти осциллограммы. С одной стороны, Вы пытаетесь 1нФ зарядить от 0.33нФ (3 каскада последовательно) - не кашерно. С другой стороны, напряжение полезного сигнала на датчике тока 1 ом - сильно мало, много искажений от паразиток. А с третьей стороны, для развития лавинного процесса необходимо, чтобы ток через транзистор превысил некоторый порог. Тогда транзистор "откроется" полностью. а иначе - только до напряжения Uke с оборванной базой, а это перепад вольт 150-200, не больше. Большую роль для устойчивого запуска играет C3.

У меня делитель TT-HVP 15HF

Спасибо AlexN за поддержку.
Вторым вариантом я собрал генератор по схеме опубликованной инженерами индии на 2n5551. Собрал два каскада, по два транзистора. Транзисторы использовал в корпусе SOT-23. Резистор первого каскада -1 М, остальные - 680 К. Напряжение питания- 580-600 В. Импульсный трансформатор взял готовый - для витых пар. Пробовал увеличивать емкости до 2 нан - роста напряжения не заметил. Максимальная периодичность - 1100 Герц
Нагрузка - 50 ом - фронт 4 наносекунды
Нагрузка -50 ом + 47 пик - фронт 6- 8 наносекунд.
Для осциллографирования использовал щуп Tektronix P2220 200 MHz 10 MOhm 16 pF 300 V 1/10
17 осциллограма - емкости 1 нФ нагрузка 200 ом + 16 пФ
18 осциллограмма - емкости 2 нФ нагрузка 50 ом+16 пФ
19 - то же, но с импульсом синхронизации (2 й канал - синим)

P.S. В 90-м году в Новосибирске проводили исследования лавинного пробоя на отечественных полупроводниках (там есть ссылка на время фронта до 70 пС и как изготовить высоковольтный быстрый щуп)
3. Белкин В.С., Шульженко Г.И.
Формирователи мощных наносекундных и пикосекундных импульсов на полупроводниковой элементной базе. - Новосибирск: ИЯФ СО АН СССР, 1990. 36 с.
В электронном виде лежит по ссылке
http://www.sanechka.nightmail.ru/others.html третьим по счету

Вот и передо мной встала задача : )

Объясните , как вот этот прибор http://www.alphalas.com/products/laser-acc...generators.html может быть ключом на напряжение 4КВ ?
У него же конструкция явно не высоковольтная. Где внушительные изоляторы ?
У одного 3 металлических выступа (контакта ?) . Два высоковольтные и 3й управление ? А тот , у которого 2 контакта как работает ?

Не смейтесь над наивностью вопроса .

А что тут удивительного? Это не контакты, а BNC-разъёмы. Какие внушительные изоляторы должны быть на 4кВ? Обратите внимание на толщину изоляции высоковольтного провода кинескопа для сравнения. Там порядка 25кВ.

Смех смехом, а BNC выдерживает высоковольтные наносекундные импульсы. Пробить не успевает. И даже тонкий коаксиальный кабель применяемый в VGA кабеле.
Скорее всего там стоит сборка транзисторов или транзистор/диод работающий в лавинном режиме.
Вам этот коммутатор для какого применения?

Существуют специальные BNC-HV разъемы (Amphenol MHV SHV) http://www.amphenolrf.com/products/CatalogPages/MHV.pdfс удлиненными изоляторами 5 КВ держат долговременно.
А коробочку от alphalas очень интересно было бы распотрошить. Хотя скорее всего там полевики от IXYS используются.

Если не надо обязательно BNC, то у LEMO есть специальные высоковольтные коаксиальные разъемы.

Они стоят столько же сколько вольт на них можно подать
В России производили(лись?) такие фланцы -cp50-162 фторопласт, размер. Но не престижно это как-то, нынче модно буржуйское:


-------------------------------------------------------------------------------------
Великовата картинка. Хорошо бы уменьшить. Модератор.

Спасибо за разъяснения !

Мне нужно сделать генератор для управления ячейкой керра.
Максимальная частота 50КГц
Фронт импульса <10нС
Входное постоянное напряжение 3-12Кв
Выходное напряжение 1-10КВт , регулируется на ходу.
Мощность всего этого 30Вт.

Как бы сделать плавную регулировку выходного напряжения ? В цепочке последовательно соединённых лавинных транзисторов отключать(открывать) некоторые через высоковольтные оптопары. Или скорее организовать отключение за счёт подачи импульса на затворы через развязывающие конденсаторы. Оптопары на такое напряжение не найдёшь...

Слишком часто. На порядок уменьшите, лучше на два. В этой схеме конденсаторы не успевают зарядится, да и полупроводники жалко


Будет, только учтите что получаете отрицательный импульс. Импульс можно инвертировать, но это лишние звенья


В импульсе на выходе мощность имеет очень неплохой размах. Для примера - наносекундные импульсы с амплитудой 450 вольт на 50 ом дают 4 киловатта в импульсе, но учитывая её длительность и периодичность, прибор потребляет просто смешную мощность - ватты



Лучше по-дедовски - резистивным аттенюатором с выхода. Высоковольтный генератор наносекундных импульсов очень коварен. Этот импульс очень хорошо наводится на всех проводниках вокруг, лишние провода управления в непосредственной близости могут вызвать сбои (откроются соседние секции) или выжечь кого-нибудь из полупроводников. Так что лучше принять его как мотоциклетный однотактник, лишние вещи совершенно лишние. Плавная регулировка может добавляться от блока питания.
Кстати, необязательно делать такой высоковольтный блок питания, лучше добавить секций. А если этого не хватит, то можно умножать сигнал с помощью сложения коаксиальными кабелями.
Я создавал острый импульс удвоенной амплитуды с фронтом 4 нс и спадом такого же порядка подключив два коаксиальных кабеля. От гнезда прибора они соединялись в параллель, а на выходе, на объект - последовательно. Длительность импульса корректируется длиной кабеля и скорости распространения в нем сигнала. Для 4-5 нс - это примерно метр. На таких длительностях этот фокус удаётся, и кабеля почти чут-чуть
-----
К модератору: сам удивился, когда увидел какого она тут размера. Картинка с внешнего ресурса. Возможность её уменьшить на форуме отсутствует, только вставить как есть или обрезать и выложить как своё. По-моему, она хорошо передаёт дух советского разъёма

Почему лавинные транзисторы тпк странно представлены у производителей ? Просто на сайтах производителей их найте не получается. Делаю поиск в alldatasheet.com Avalanche Tranzistor , нахожу много документаций.
Это потому что любой транзистор может работать как лавинный ?

Обычные. Если обычные устраивают, то незачем использовать необычные. 2n5551 - один из самых популярных и самых обычных

А все биполярные транзисторы входят в лавинный режим ?

У меня с 2SD1802 получился фронт 20ns ,

а с 2SC3802 2SC1215 вообще не получилось. Эти транзисторы работали как стабилитрон на напряжение чуть больше того что указано в документации, и всё.
Резистор база-эмиттер ставил 50-600К

Лавинный пробой есть у всех приборов, только у некоторых он бывает только один раз, а другие выдерживают больше одного раза
Непонятно, зачем вам конденсатор 220p и резистор 30 Ом. Также непонятно, как вы его будете запускать.
2sc1215 у вас не пробился потому что ему не хватило напряжения.
Вот эта схема стабильней по запуску - нижний транзистор запускается в обычном медленном (транзисторном ) режиме, от чего верхний оказывается на большой разнице напряжений, которая и вызывает его лавинный пробой, тот в свою очередь успевает спроворцировать нижний и они уже вместе лавинно схолапываются.

Можно ли в расчётах всецело полагаться на ту максимальную энергию, мгновенное выделение которой в кристалле не причиняет транзистору вреда ? Или пробой происходит как-то неоднородно в площади перехода ?

Как тут уже говорили, максимальная энергия зависит именно от размера кристалла а не корпуса.
Если этот режим не оговорен в ДШ, то собственно поручится не за что. А если указан, как в случае специальных - FMMT413A или FMMT415то однозначно, не превышать. Обещают 50-60 ампер для sot23-3 при 25 нс.
Как ток распределен в кристалле не знаю

Нашёл официальный каталог ZETEX с их лавинными транзисторами.
http://www.diodes.com/products/catalog/list.php?parent-id=23

MiklPolikov Спасибо за ссылку, я так их искать не догадался. Но производитель по каким то причинам обещает только 20 нс. На тех же 2n5551 можно получить почти на порядок меньший фронт - 2,3 нс.
На сайте лежит Spice модель, надо будет её потестировать на досуге, посмотреть как реализовали.
Вот ещё полезная ссылка на их применение http://www.diodes.com/_files/products_appn...s/zetex/an8.pdf

ZETEX приводит максимально допустимый ток для импульса 20нс , а про минимальный фронт вообще не говорит.
От себя могу сказать, что в документации на обычный 2SC3807 указано turn-on time 140нс , но в режиме лавинного пробоя я получил фронт 7нс.
Транзисторы ZETEX приятны тем, что там в документации есть зависимость количества пробоев от тока и времени импульса, а вот время жизни обычных транзисторов в лавинном режиме узнать неоткуда.

И самое интересное ! Нижняя кривая, соответствующая 4*10^11 пробоям , это же гипербола ! I=1200/T .
Если на практике получится фронт меньше а ток больше чем есть на графике, можно будет туда график проэкстраполировать.

Вы их заказывать будете? Я бы тоже хотел их попробовать, хотя бы десяток-пару.
Я свои транзисторы жег только в режиме настройки/наладки, после чего на выход включил ограничительный резистор - можно замыкать не боясь. Небольшое влияние на сигнал устраивает. В сумме генератор проработал недели две, изменений не заметно.
У вас будет длительная работа? Неделями, годами?

Последнее время вот здесь всё заказываю http://www.chipfind.ru/shop/ Очень хорошая контора.

Да

не очень понятно... там при поиске вываливается список других поставщиков. так заказ оформляется этим чипфиндом или напрямую у того поставщика? если они сами заказывают у того поставщика, то где их маржа?

По той ссылке , которую я дал, Вы покупаете у Чипфаинда. И при этом выбираете с какого именно склада чипфаинд повезёт.

Очень странная комбинация параметров - кажется, что она составлена из максимальных значений для самых разных случаев. При высокой частоте (50 КГц) усиление лазера обычно невелико, не нужен короткий фронт, и наоборот (фронт менее 10 нс вообще почти никогда не нужен, даже вреден). Знаю затворы с напряжением до 8 кВ, но 12 - представить не могу, а тем более постоянное. Действительно ли Вам нужны все эти параметры одновременно, они ведь сильно осложняют жизнь.


Сколько работал с высоковольтными устройствами, существенной разницы по пробою между постоянкой и 100 нс импульсами не видел.
BNC если пробивается, то не через изоляцию, а по поверхности (вообще, 1 мм нормального изолятора обычно достаточно для 10 кВ). А поверхность со временем всегда загаживается и начинает шить. Посему HV BNC отличается длиной по поверхности (типа лабиринта).

zetex857 (не лавинные, цена адекватная) живут долго, уже больше года возвратов не было, режим работы - 10Гц, несколько часов в день.
Их же специальные лавинные (413,415) имеют неадекватную цену.

Пробой по поверхности, это пробой в газе, для которого существует понятие вольт-секундной характеристики. Для одних и тех же условий время формирования канала пробоя прямо зависит от величины поданного напряжения и если за время действия импульса канал не успевает сформироваться, пробой при данном напряжении не наступает. времена 100 нс достаточно малые даже для изоляционных поверхностей разъема, поэтому при таких коротких импульсах пробой может развиваться на более высоких напряжениях, чем при постоянном напряжении.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Кроме того, загрязнение поверхности уменьшают пробивное напряжение , в том числе, за счет перераспределения потенциала по поверхности изолятора, на что так же необходимо время.

Спасибо за рисунок, интересная информация.
Я сам когда-то полагал примерно так же, но для малых промежутков (миллиметры - пара сантиметров) сто нан - уже большое время, как показывает опыт (каковы порядки "малых расстояний" для приведенных Вами графиков?). Например, лазерные лампы с промежутком 3-4 см пробиваются примерно за 100 нс, и зависимость от напряжения много больше, чем от времени. Правда, при постоянке включаются много более медленные процессы типа электролиза.
Большие расстояния - время растет за счет пространственной емкости. Вообще, скорее всего, именно ей определяется вообще время пробоя, пока время не дойдет до времени свободного пробега.
Также для воздушного пробоя есть обратный эффект - при медленном нарастании напряжения из промежутка вытягиваются свободные заряды, которые при быстром нарастании могли бы быть инициаторами лавины.

То, что Вы написали - "зависимость от напряжения много больше, чем от времени" как раз согласуется с понятие вольт-секундной характеристики для времени запаздывания пробоя.
Больше превышение напряжения над критическим напряжением - меньше время запаздывания пробоя.
Скорость роста стримера в воздухе при нормальном давлении может составлять 10-100 см/мкс и сильно зависит, например, от напряженности поля. Поэтому, при хороших условиях то о чем писал yakub_EZ вполне имеет право на жизнь.
При этом, я бы не советовал использовать не предназначенные для высокого напряжения разъемы в промышленном оборудовании без серьезного изучения проблемы. Для внутреннего потребления вполне возможно, если это безопасно.

Да, тут Вы полностью правы, и цифры эти не противоречат ничему тому, что сам наблюдал. Я бы, скорее, переформулировал свою начальную фразу в виде "не стоит рассчитывать на существенное повышение пробивного напряжения вследствие малых времен" и делать для коротких импульсов все же такие же запасы, как и для постоянки. Про разъемы тоже именно так - но я и не призывал, просто обозначил их отличия от обычных.

Добрый день, я в схемотехнике не силен, но возникла потребность и импульсном генераторе с амплитудой импульса в 400В (не менее) и частотой на 1кГц нагрузка ячейка Поккельса 90+-10 пФ длительность импульса 10-20 нс. Заранее благодарен

Ну, тут просто один провод затвора на земле, другой высоковольтным полевиком коммутируется, например, тоже на землю, а резистором подтягивается к 400В - это самый простой вариант. Возможны добавления и усложнения - в зависимости от требований к фронту/спаду, наличию запирающего напряжения и т.п.

Почти верю - что просто. Но можно ссылочку на производителей полевых силовых транзисторов с напряжением 400В током 40 А и временами задержки,переключения и спада в единицы наносекунд для предложеного вами варианта.
Да, драйвера тоже интересны.

Здесь посмотрите.

Вы предположили, что фронт должен быть 1нс? Вроде про такое не говорилось. Это крайне сложно совсем по другим причинам. Кроме того, про фронты короче 5нс для затворов я вообще не слышал. Кажется, человек имел в виду фронт, а не длительность.
Мы делали многоэтажные из киловольтовых транзисторов. При примерно тех же фронтах (10-20нс) емкость раза в три поменьше, ток около 10-20А - все получается. При необходимости транзисторы параллелятся.
К драйверам тоже нет экстраординарных требований - ну, 1-2 ампера выдавать должен, но это обычно для большинства.
Время задержки - да, оно есть, несколько десятков наносекунд в худшем случае, но про него речь не шла.

Спасибо. Посмотрел. Действительно отличые транзисторы, но и цена 60$ за штуку хороша. Хотя оно того стоит.


Я ничего не предполагал. Это человеку хотелось длительность импульса 10 nS. на емкости 100 pF.
А мне просто интересно, действительно ли это просто, как следует из Ваших слов.

На 400В - не просто, но можно. Фронт 3нс можно, 1 - очень тяжело. Если речь только про длительность - несложно.

Поделюсь своими результатами :

1)ZXTN19020 позволяют сделать ток пробоя 25А . Живут очень долго, мне удалось сжечь только при С3=30nF R5=6 Ом напряжение= 4Кв
Эти транзисторы делает ZETEX , а он же - производитель специальных лавинных. Складывается ощущение , что ZETEX все транзисторы делает одинаковые.
По крайней мере с этими ZXTN19020 результат на порядок лучше чем с любыми другими других производителей.
Правда их нужно очень много, у них напряжение пробоя 83в . Но, поэкспериментировав с двумя десятками разных транзисторов , я заметил, что чем меньше напряжение пробоя-
тем как правило дольше живёт транзистор. Видимо чем меньше напряжение пробоя тем меньше тепла выделяется в кристалле.

2) Очень хорошо работает вот такая схема запуска пробоя. Трансформатор- обратноходовый, на вторичной обмотке скачёк в момент размыкания первичной .
При скачке в несколько КВ напряжение питания каскада может быть каким угодно(в разумных пределах) . Пробой запускается очень стабильно.

3)Вопрос по диэлектрикам :

Прочитал что напряжение пробоя для воздуха 1кв/мм , для "хорошего" диэлектрика порядка 10кв/мм.
Любой герметик или густой клей будут "хорошим" диэлектриком ? У меня на плате дорожки между которыми 10Кв находятся на расстоянии 2 мм. Если я это место залью 2мм слоем
герметика , что-нибудь хорошее из этого выйдет ?

Хочу сделать высоковольтный провод покрыв обычный несколькими слоями термоусадки. Какую толщину стенки надо получить, что бы она выдерживала 10КВ ? 2мм хватит ?

2мм для 10 кВ - это очень сложно. Речь идет не о герметике, а о самой поверхности платы - возможно ли ее так сцепить с герметиком, чтоб не было никаких пор.
Провода - есть специальные высоковольтные, у них оболочка вроде из лавсана (ПВМП называются), правда, довольно легкоплавкая. Термоусадка - один слой держит с гарантией вроде как киловольт. Но уже три слоя будут крайне жесткими. Есть еще трубка кремнийорганическая КТР, мягкая и простая в обращении - тоже неплохо держит.

Даже для однородного диэлектрика 2мм мало. Пробивное напряжение, конечно, больше 10 кВ на мм (если постоянное напряжение), но необходимо учитывать напряженность поля, а у вас дорожка смотрит на дорожку на расстоянии 2мм.
А по поверхности будет еще неравномерное распределение потенциала. Если предполагаются импульсы, то ситуация может быть еще хуже.
Провод на 10 кв ВНМА. Прозрачная термостойкая литая изоляция. 10 кВ для 0,35 при внешнем диаметре, реально измеренном, 1,65мм. Ту 16-505-460-73.
Если есть доступ к импорту, дам ссылки на хорошие провода. Если устроит диаметр 5мм, то есть силиконовые для неоновой рекламы.
P.S. Напряженность поля в объеме и приэлектродной области не должна превышать значение, при котором появляются частичные разряды. Иначе они вызовут пробой рано или поздно.