脉冲形成网络

脉冲发生器是一种电工设备，它最初会在较长时间内储存一定量的电能，然后可以在很短的时间内（“突然”）释放这些能量。

由于能量释放的时间很短，通常是几纳秒到几微秒的时间跨度，因此会出现非常高的瞬时功率。 使用大型脉冲发生器，峰值功率可达 1 太瓦。 高达几百千伏的电压和高达几兆安的电流是特征性的。

脉冲发生器的技术应用包括发射管的供应，例如脉冲雷达设备的速调管或磁控管、脉冲激光器（气体激光器、泵浦激光二极管或固态激光器的闪光管）、X 射线管和工业制造方法，如磁体成型、电磁脉冲焊接和水火花工艺。

科学应用例如核聚变和强磁场的产生。

较小的脉冲发生器用作电磁兼容性的电磁测试和高压实验室的测试发生器，例如防雷研究。

根据设计和原理，脉冲发生器有时只能发出单个脉冲，例如流动压缩发生器，因为它们在脉冲产生过程中被破坏。

脉冲发生器的设计根据脉冲持续时间和峰值功率的大小而有很大差异。 大多数设备的共同点是它们使用集总元件，例如电容器和/或线圈或电线的电容或电感涂层。 这些过程是在直线理论的框架内建模的。 也有具有机械能源的装置，例如流动压缩发电机和所谓的强制器。

脉冲发生器的另一个特点是快速、强大的电气开关。 例如，它们可以是机械开关、晶闸管、闸流管、MOSFET、电子管，或者尤其是开关火花隙。 后者的一个典型例子是马克思生成器。

通常使用电容器和电感器的脉冲形成网络 (PFN) 或线路电路来缩短脉冲持续时间或增加功率。

传导理论提供了电过程的描述。 对于较低的输出，脉冲发生器也可以只用一根同轴电缆来实现，但带状线是典型的。

相邻草图中显示了长度为 D 的电气线路形式的脉冲整形器级的简化功能原理。 当开关打开时，线路首先通过内阻 RS 明显大于线路特性阻抗 Z0 的直流电压源在较长时间段内充电至直流电压源的恒定直流电压。 放电时，开关闭合，线路中储存的能量释放到与线路阻抗阻抗匹配的负载电阻RL。 线路的全部能量不会立即转换，传播速度的限制导致波沿线路传播的​​影响：直流电压直接在负载电阻 RL 处断开到直流电压源的一半，这是从事实得出的负载电阻与线路阻抗匹配。 这种可以描述为波的电压降在馈电点的方向上以大约一半的光速传播。具体的速度取决于线路的设计和缩短系数 VKF 等因素，反映在末端，然后运行直到线路完全放电直至负载电阻 RL。 负载电阻 RL 两端的脉冲持续时间 T 取决于波沿线路的传播时间，并且为：

T = 2 D c 0 ⋅ V K F {\displaystyle T={\frac {2D}{c_{0}}}\cdot VKF}

其中 c 0 {\displaystyle c_{0}} 是真空中的光速和透视缩短因子 VKF。

这种类型的脉冲发生器的缺点是负载电阻 RL 上只有直流电压源的一半电压可用。 使用 Blümlein 发生器，负载电阻 RL 位于线的中间，线的长度是简单脉冲发生器的两倍。 负载电阻 RL 必须是线路阻抗的两倍g, 因此没有调整到该行。 由于这种有意的未对准，由直流电压源中的短路触发的入射波会导致波的反射和传输，每个波的幅度为一半。 在负载电阻器的端子处，这会在脉冲持续时间内产生大小相等的正负电压。 这意味着在脉冲期间负载电阻上存在全电压。 Blumlein 脉冲发生器的缺点是，由于额外的电缆长度，它的价格要高一倍。

脉冲发生器示例：

• 使用 Marx 发电机时，电容器在直流电压源处并联充电，然后通过火花隙突然串联。
• 在点火线圈中，能量存储在其磁场中并（通常）通过机械开关（断续器）释放
• 电容器在电围栏设备或某些高压测试发电机和点火系统中放电到变压器
• 操作普克尔斯盒的高压脉冲由直流电压源通过串联的 MOSFET 产生
• 在德累斯顿的水火花工艺和高磁场实验室中，磁体成型的脉冲是通过高压电容器 (10...40 kV) 放电产生的