2.3.2. Каскадний генератор постійного струму високої напруги

З аналізу попередньої схеми (рис. 2.10, а) неважко бачити, що напруга на випрямлячах V₁ і V₂ пульсує від 0 до 2 . Причому ці напруги зрушені в часі на півперіод змінної напруги трансформатора. Використовуючи це, можна через додаткові вентилі (V₃, V₄ і т.д.) заряджати додаткові конденсатори (С₃, С₄ і т.д.), включені за схемою (рис. 2.11). Така схема представляє набір модулів, що складаються із двох вентилів і двох конденсаторів.

Рис. 2.11. Каскадний генератор постійного струму: а – схема; б – діаграма напруги трансформатора (U_т) і навантаження (U_н); в – стан схеми для різних моментів часу протягом періоду (Т)

Тому неважко переконатися, що коли закриті вентилі V₂, V₄, V₆ (рис. 2.11, в, t₂–t₃), напруга, що пульсує на них через відкриті вентилі V₃, V₅ підзаряжає конденсатори С₃, С₅ у межі до 2 . Коли будуть закриті випрямлячі V₁, V₃, V₅ (рис. 2.11, в, t₄–t₅) напруга, що пульсує на них через відкриті вентилі V₄, V₆ підзаряжає конденсатори С₄, С₆ у межі теж до 2. Отже, при відсутності навантаження (холостий хід) напруга на правій колонці в остаточному підсумку досягне значення 2N , де N – число модулів, а - амплітудне значення напруги трансформатора.

Всі випрямлячі й конденсатори, крім першого, повинні бути розраховані на напругу 2 . Конденсатор С₁ працює в схемі при напрузі не більше U_m.

При скінченній величині R_н ¹ ¥ у сталому режимі конденсатори правої (вихідної) колони безупинно віддають заряд у навантаження. Ця кількість заряду заповнюється на конденсаторах вихідної колони в період підзарядки її від вхідної колони і трансформатора. Таким чином, каскадний генератор працює по одній із схем, наведених на рис. 2.11, в. Не розглядаючи докладно аналіз роботи схеми, досить повно викладений у навчальній і науковій літературі [1, 9], відзначимо, що пульсація напруги (dU) зв'язана, по-перше, з розрядом на навантаженні правої колони (рис. 2.11, б, в, t₁–t₄) і підзарядом лівої колони (рис. 2.11, б, в, t₂–t₃) і, по-друге, наступним підзарядом правої колони від лівої колони (рис. 2.11, б, в, t₄–t₅). Падіння ж напруги (DU) обумовлене тим, що при заряді правої колони конденсатори лівої колони одночасно розряджаються на навантаження. У силу цього напруга на виході генератора не досягає максимального значення.

При цьому , (2.3)

а , (2.4)

де С – ємність конденсаторів, I_ср – середній струм через навантаження і f – частота живлячої напруги.

З аналізу залежності dU й DU неважко побачити, що для зниження їх необхідно в розумних межах збільшувати ємність конденсаторів, частоту живлячої напруги і використати каскадний генератор для роботи на високовольтне навантаження.

Необхідно також відзначити, що збільшення вихідної напруги за рахунок збільшення числа модулів не завжди доцільно.
На практиці звичайно використовують генератори із числом модулів

N = (0,6...0…0,8)N_кр, де , і струмами I £ 10^–3 А.