直线加速器系统讲义PPT课件
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1. 脉冲功率（ PM ）
P MU MIM
2. 调制器的效率( M )
M P 出 P 入
3. 重复频率( f M )
fM 1TM
7
4. 脉冲波形
用于表示脉冲波形常用的三个参数
1）脉冲前沿 : 从稳定值的5%上升到90%所用的时间。
2）脉冲后沿 c : 从稳定值的90%下降到5%所用的时间。
5
四 简单工作原理 • 直流高压电源通过充电电感向传输线充电，当充到两倍
的电源电压后，处于等待状态。 • 当有一低压脉冲加到开关管（闸流管）的栅极上时，开
关管则导通。 • 传输线通过开关管向负载放电。 • 负载上得到一高压脉冲，其宽度由传输线长度决定。
6
§1.2 脉冲调制器的技术要求
一 基本参数
4
§1.1 引言
一 脉冲调制器的定义
凡是能够将一种信号的电压变化（或某种信息变化）去
改变振荡参数的设备叫调制器。脉冲调制器就是用脉冲的 电压去改变微波源的振荡幅度。
二 脉冲调制器在加速器中的应用
在使用微波电场加速带电粒子的加速器中的微波源大 多是脉冲工作的。
三 脉冲调制器的作用
负责提供给微波源（磁控管、速调管）一定振幅、一 定包络宽度、一定重复周期、功率为一定大小的高压脉 冲。
I l ----调制器的输出电流
14
Rl
ul il
1 Kul1
2
3.电子枪
1) 非线性阻抗。 2)相应于磁控管是高阻(在工作点附近 约几百K ）。
因此，在设计调制器时，不考虑电子枪的负 载对调制器的影响。
15
§1.3 线型脉冲调制器的基本电路
2
充电隔离元件
5
储能元件
1
直
3 4
6
流 高 压 电
触 发
器呈现的阻抗极大,即:
r E Ia aM M(0Ea MEa M 门 ）
.3). 当 EaMEaM 门时, 磁控管建立振荡, 此后 EaM 增加时, I aM 将沿着AB线变化,此时磁控管对调制器 呈现的负载电阻为磁控管的动态电阻 R d ,即:
R d E Ia aM M (E aM 门 E aM E aM ）
3）脉冲顶部波动系数 G
E
90%
G
顶部的变化 Ea量 M 稳定值 EaM
5%
c t
8
5. 脉冲宽度 ( )
几个约定: 1) 计算调制器最大工作比时从0电平计算。 2) 计算平均电流时从幅度50%计算。 3) 估算负载输出射频宽度时60 ~ 80%。
二 由基本参数导出的两个常用参数
1. 平均功率 ( Pcp ) Pcp PM / S
加速器的主要组成
加速器原理：加速器的核心---加速管 的工作原理。
微波技术：微波源（磁控管、速调管）； 微波传输系统。
加速器装置：控制系统、冷却系统、真空 系统、充气和聚焦系统。
脉冲调制器：脉冲功率源。
1
整体概述
概况一
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
概况二
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
开关元件
器
负 载
源
16
调制器原理图
G 1 A 5
1
+1 2kV
PS
2
充电电感 充电二极管
CR1
R1
R1 2.5 k
CR2
R2
3G
H A
K
反
R32
峰 电
路
R2 25
R34
6.3VAC
T1
稳压 220VAC
De-Q比较触发De-Q采样
R35
5
3
4
CX1159
触
3
发
4
电 路
2
6.3VAC
T2
稳压 220VAC
13
结论: 磁控管对调制器所呈现的负载电阻是随 EaM 而变化的 ,具有 RdRjr 的特性。
2. 速调管
速调管的电子注电压与电子注电流之间服从于3/2次 方关系,即 I l ∝ u l 3 2,而对调制器所呈现的负载阻抗 与电压的平方根成反比:
设:
R l ----速调管的阻抗
U l ----调制器的输出电压
1）电压、电流的瞬时值：
i Imsin(t1) u Umsin(t2)
（2-1） （2-2）
其中， Im , U m 为电压、电流极大值， 为角频率，
为初始相位。
20
2）电压、电流的相位差：
(12 )
2. 工作比 ( S )
S TM
9
三 调制器的负载
1. 磁控管
调制器
输出脉冲
磁控管
RL
CRL
CL
VS
（磁控管等效电路）
➢由于RL的存在，则磁控管在工作时消耗能量，并转换成热量。
➢由于CRL的存在，则磁控管在工作时可等效为二极管。
➢由于CL寄生电容的存在，将影响脉冲电压的上升及下降的
速率。
10
电流
概况三
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冷却、真空、聚焦系统
控
制
系
统
微波功率源 微波传输系统
脉冲调制器
充气系统
Hale Waihona Puke 3第一章 绪论§1.1 引言 一 脉冲调制器的定义 二 脉冲调制器在加速器中的应用 三 脉冲调制器的作用 四 简单工作原理 §1.2 脉冲调制器的技术要求 §1.3 脉冲调制器的基本电路
实际波形
理论波形
电压
磁控管的伏安特性曲线
11
1） 磁控管阻抗是电压的非线性函数。
EaM EaM
E aM 门
B
O I aM门
A C
1 ). 磁控管工作于C点,它对 调制器呈现的负载阻抗是 磁控管的静态电阻。
I aM
I aM
Rj
E aM I aM
磁控管的伏安特性曲线
12
2). 当 EaMEaM 门 此时磁控管未振荡,电流极小,对调制
•方框一：直流高压电源——三相全波整流电路，是调 制器的电源。
•方框二：充电隔离元件——充电电感、充电二极管， •方框三：触发器——控制开关管（闸流管）的导通。 •方框四：开关管（闸流管）——控制调制器充放电的时间。 •方框五：储能元件——由电容、电感组成的一脉冲形成网络。 • 方框六：脉冲变压器——共由三组线圈组成，原边一组，付
边两组（磁控管电子枪各一组）。 •方框七：负载。
18
第二章 充电电路
§2.1 引言
一 基础知识
二 充电电路的组成
三 充电电路的种类
四 直流充电电路
五 五 充电电路应满足的要求
§2.2 RLC直流谐振充电电路
一 充电电路的等效电路 二 等效电路分析
三 等待充电电路
19
§2.1 引言
一 基础知识
二 1 交流电路的基本表示式
仿真线
加速管灯丝
T4
加速管
F K
6 GKH 1u 6.8 n
A C C ELER A T OR
6.8 n
MF H
C1 75 00pF
匹 配 电 路
R3 25
HV GND
GKL MF L
51
MKL
脉冲电压
脉冲变压器
MKH
脉冲电流
S N
C2
C 1 u F/2 k V
T3 F
磁控管灯丝
7
MG5 193
17
P MU MIM
2. 调制器的效率( M )
M P 出 P 入
3. 重复频率( f M )
fM 1TM
7
4. 脉冲波形
用于表示脉冲波形常用的三个参数
1）脉冲前沿 : 从稳定值的5%上升到90%所用的时间。
2）脉冲后沿 c : 从稳定值的90%下降到5%所用的时间。
5
四 简单工作原理 • 直流高压电源通过充电电感向传输线充电，当充到两倍
的电源电压后，处于等待状态。 • 当有一低压脉冲加到开关管（闸流管）的栅极上时，开
关管则导通。 • 传输线通过开关管向负载放电。 • 负载上得到一高压脉冲，其宽度由传输线长度决定。
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§1.2 脉冲调制器的技术要求
一 基本参数
4
§1.1 引言
一 脉冲调制器的定义
凡是能够将一种信号的电压变化（或某种信息变化）去
改变振荡参数的设备叫调制器。脉冲调制器就是用脉冲的 电压去改变微波源的振荡幅度。
二 脉冲调制器在加速器中的应用
在使用微波电场加速带电粒子的加速器中的微波源大 多是脉冲工作的。
三 脉冲调制器的作用
负责提供给微波源（磁控管、速调管）一定振幅、一 定包络宽度、一定重复周期、功率为一定大小的高压脉 冲。
I l ----调制器的输出电流
14
Rl
ul il
1 Kul1
2
3.电子枪
1) 非线性阻抗。 2)相应于磁控管是高阻(在工作点附近 约几百K ）。
因此，在设计调制器时，不考虑电子枪的负 载对调制器的影响。
15
§1.3 线型脉冲调制器的基本电路
2
充电隔离元件
5
储能元件
1
直
3 4
6
流 高 压 电
触 发
器呈现的阻抗极大,即:
r E Ia aM M(0Ea MEa M 门 ）
.3). 当 EaMEaM 门时, 磁控管建立振荡, 此后 EaM 增加时, I aM 将沿着AB线变化,此时磁控管对调制器 呈现的负载电阻为磁控管的动态电阻 R d ,即:
R d E Ia aM M (E aM 门 E aM E aM ）
3）脉冲顶部波动系数 G
E
90%
G
顶部的变化 Ea量 M 稳定值 EaM
5%
c t
8
5. 脉冲宽度 ( )
几个约定: 1) 计算调制器最大工作比时从0电平计算。 2) 计算平均电流时从幅度50%计算。 3) 估算负载输出射频宽度时60 ~ 80%。
二 由基本参数导出的两个常用参数
1. 平均功率 ( Pcp ) Pcp PM / S
加速器的主要组成
加速器原理：加速器的核心---加速管 的工作原理。
微波技术：微波源（磁控管、速调管）； 微波传输系统。
加速器装置：控制系统、冷却系统、真空 系统、充气和聚焦系统。
脉冲调制器：脉冲功率源。
1
整体概述
概况一
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概况二
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开关元件
器
负 载
源
16
调制器原理图
G 1 A 5
1
+1 2kV
PS
2
充电电感 充电二极管
CR1
R1
R1 2.5 k
CR2
R2
3G
H A
K
反
R32
峰 电
路
R2 25
R34
6.3VAC
T1
稳压 220VAC
De-Q比较触发De-Q采样
R35
5
3
4
CX1159
触
3
发
4
电 路
2
6.3VAC
T2
稳压 220VAC
13
结论: 磁控管对调制器所呈现的负载电阻是随 EaM 而变化的 ,具有 RdRjr 的特性。
2. 速调管
速调管的电子注电压与电子注电流之间服从于3/2次 方关系,即 I l ∝ u l 3 2,而对调制器所呈现的负载阻抗 与电压的平方根成反比:
设:
R l ----速调管的阻抗
U l ----调制器的输出电压
1）电压、电流的瞬时值：
i Imsin(t1) u Umsin(t2)
（2-1） （2-2）
其中， Im , U m 为电压、电流极大值， 为角频率，
为初始相位。
20
2）电压、电流的相位差：
(12 )
2. 工作比 ( S )
S TM
9
三 调制器的负载
1. 磁控管
调制器
输出脉冲
磁控管
RL
CRL
CL
VS
（磁控管等效电路）
➢由于RL的存在，则磁控管在工作时消耗能量，并转换成热量。
➢由于CRL的存在，则磁控管在工作时可等效为二极管。
➢由于CL寄生电容的存在，将影响脉冲电压的上升及下降的
速率。
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电流
概况三
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冷却、真空、聚焦系统
控
制
系
统
微波功率源 微波传输系统
脉冲调制器
充气系统
Hale Waihona Puke 3第一章 绪论§1.1 引言 一 脉冲调制器的定义 二 脉冲调制器在加速器中的应用 三 脉冲调制器的作用 四 简单工作原理 §1.2 脉冲调制器的技术要求 §1.3 脉冲调制器的基本电路
实际波形
理论波形
电压
磁控管的伏安特性曲线
11
1） 磁控管阻抗是电压的非线性函数。
EaM EaM
E aM 门
B
O I aM门
A C
1 ). 磁控管工作于C点,它对 调制器呈现的负载阻抗是 磁控管的静态电阻。
I aM
I aM
Rj
E aM I aM
磁控管的伏安特性曲线
12
2). 当 EaMEaM 门 此时磁控管未振荡,电流极小,对调制
•方框一：直流高压电源——三相全波整流电路，是调 制器的电源。
•方框二：充电隔离元件——充电电感、充电二极管， •方框三：触发器——控制开关管（闸流管）的导通。 •方框四：开关管（闸流管）——控制调制器充放电的时间。 •方框五：储能元件——由电容、电感组成的一脉冲形成网络。 • 方框六：脉冲变压器——共由三组线圈组成，原边一组，付
边两组（磁控管电子枪各一组）。 •方框七：负载。
18
第二章 充电电路
§2.1 引言
一 基础知识
二 充电电路的组成
三 充电电路的种类
四 直流充电电路
五 五 充电电路应满足的要求
§2.2 RLC直流谐振充电电路
一 充电电路的等效电路 二 等效电路分析
三 等待充电电路
19
§2.1 引言
一 基础知识
二 1 交流电路的基本表示式
仿真线
加速管灯丝
T4
加速管
F K
6 GKH 1u 6.8 n
A C C ELER A T OR
6.8 n
MF H
C1 75 00pF
匹 配 电 路
R3 25
HV GND
GKL MF L
51
MKL
脉冲电压
脉冲变压器
MKH
脉冲电流
S N
C2
C 1 u F/2 k V
T3 F
磁控管灯丝
7
MG5 193
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