Физические процессы, протекающие в генераторе. Эквивалентная схема генератора.
Возможны два подхода к описанию процессов происходящих в генераторе. Во-первых, это модель процесса, основанная на описании пьезоэлектрического эффекта. Для большого числа применяемых на практике сегнетоэлектрических источников электрического напряжения единственно применимой является только эта модель. Во-вторых, следует отметить модель, предполагающую, что по рабочему телу движется ударная волна, которая имеет интенсивность, достаточную для перевода материала из сегнетоэлектрического в параэлектрическое состояние. В этой модели именно изменение состояния материала обуславливает генерацию электрического напряжения. В частности, этот подход описан в работах /1-5/ и ряде других работ. Такой подход предполагается и в настоящей статье.
Рис. 2. Эквивалентная электрическая схема генератора. В реальной рукции, даже при наличии в рабочем теле достаточно сильной ударной волны, в нем, тем не менее, обязательно будет присутствовать и пьезоэлектрический эффект. Кроме того, рассматриваемая модель не учитывает весьма сложную картину реальной системы ударных и акустических волн, распространяющихся по рабочему телу. Все эти неточности модели, обусловленные принятыми допущениями, могут быть компенсированы выбором величин эмпирических коэффициентов.
При указанном подходе к моделированию процесса, эквивалентная электрическая схема сегнетоэлектрического генератора может быть представлена в виде, показанном на рис. 2. Обоснование представленной эквивалентной электрической схемы дано в работе /5/. Интенсивность процесса деполяризации сегнетоэлектрического рабочего тела будет характеризоваться параметрами источника тока i0. Емкость сегнетоэлектрического рабочего тела обозначена на схеме Cg. Переменное сопротивление Rg, в обобщенном виде характеризует различного рода утечки заряда. Зависимости величин i0 и Rg от времени могут быть взяты, например, из работы /5/.
Нагрузка может быть представлена в виде последовательно соединенных между собой активного сопротивления R, индуктивности L и емкости C. Характеристики нагрузки обычно бывают хотя бы примерно известны до начала проектирования генератора.
На рис. 3, заимствованном из работы /5/, приведена типичная зависимость напряжения на емкости нагрузки от времени. Сплошная кривая на этом рисунке получена при испытаниях сегнетоэлектрического рабочего тела, в котором площадь ударной волны составляла 4,8 см2, а путь ударной волны по рабочему телу 20 мм. Материал рабочего тела v пьезоэлектрическая керамика ЦТС-19. Конструкция генератора монтировалась в пластмассовом корпусе цилиндрической формы с внешним диаметром 40 мм и длиной 42 мм. Масса заряда взрывчатого вещества составляла около 3 г. Генератор подключался к нагрузке с емкостью 1000 пФ, индуктивностью 30 мкГн и с активным сопротивлением несколько десятков Ом. При функционировании генератора напряжение на емкости нагрузки повышалось до 35 кВ. Пунктирная кривая на рис. 3 была рассчитана по программе, написанной в соответствии с изложенной в работе /5/ методикой. 
Рис. 3. Экспериментальная и теоретическая зависимости напряжения на емкости нагрузки от времени.
Немного больше о технологиях >>>
Механика. Античность и эллинский период
Исторический экскурс в прошлое физики, вне
всякого сомнения, позволяет лучше понять логику формирования и развития этой
науки, приведшую к современному ее состоянию. Нам представляется, что понимание
причины возникновения физики, ее изначальных целей, знакомство с этапами ее
ра ...
Микросхемотехника
Еще несколько лет назад различные
электронные устройства собирали из отдельных элементов – электронных ламп,
реле, трансформаторов, резисторов, конденсаторов, – долго и ненадежно, да и
размеры аппаратуры получались весьма внушительными. Например, электронная
вычислительная маши ...
