У емкостного делителя для очень высоких напряжений высоковольтная емкость C1 состоит из большого числа последовательно соединенных конденсаторов сравнительно большой емкости и поэтому его нельзя считать безындукционным. Высоковольтная часть делителя, которая до сих пор рассматривалась как чистая емкость, здесь ведет себя как линия с распределенными параметрами. Как известно из теории длинных линий, коммутационные процессы могут вызывать на их концах колебания, связанные с многократными отражениями [Л. 55, 83]. Для возникновения и длительного существования этих колебаний необходимо, чтобы линия не была замкнута на волновое сопротивление и практически не имела потерь.
Оба требования выполняются для емкостного делителя напряжения, так как потери в емкостях незначительны и делитель на конце практически закорочен [Л. 51, 94, 105]. Приходящая к делителю напряжения волна отражается в его нижней части и возвращается к верхней части. Там происходит повторное отражение и т. д. В зависимости от потерь в делителе возникают более или менее сильно демпфированные колебания, основная частота которых имеет порядок десятков МГц и может быть вычислена по формуле
Вычисленная частота соответствует колебаниям тока в делителе напряжения, закороченном с вторичной стороны. Она вдвое больше основной частоты колебаний напряжения на конце холостой линии, которая, как известно, равна 1/4τ, где τ — время пробега волны на, линии. Исключить возникновение волновых колебаний возможно не только при помощи сосредоточенного демпфирующего сопротивления на входе делителя, но и посредством распределенного сплошного демпфирования емкостного делителя напряжения, как показано на рис. 55. Частотнозависимые погрешности передаточного отношения, обусловленные емкостью по отношению к земле, могут быть учтены при выборе параметров делителя напряжения путем соответствующего уменьшения значения высоковольтной емкости. Экспериментально и теоретически установлено, что достаточное затухание обеспечивается условием
Иначе говоря, общее активное сопротивление делителя напряжения, рассматриваемого как линия, должно быть в 3—4 раза больше его волнового сопротивления
Рис. 55. Демпфированный емкостный делитель напряжения.
На очень высоких частотах емкости имени большую проводимость и демпфированный емкостный делитель напряжения ведет себя как чисто активный. Соответственно предельная частота такого делителя может быть оценена по приведенной в § 2-4 формуле для ширины полосы частот омического делителя напряжения
При этом предполагается, что переходная функция имеет экспоненциальный вид. Если же демпфирование выбрано столь малым, что переходная функция имеет некоторый выброс, то практически ширина полосы частот получается больше вычисленной по приведенному уравнению. Поэтому ширину полосы частот лучше определять по времени нарастания ta экспериментально найденной переходной функции.
Для изготовления демпфированного делителя напряжения, имеющего ta ≈ 7,5 нс, пригодны только такие конструктивные элементы, которые имеют малую собственную индуктивность (бифиллярные или ленточные сопротивления, конденсаторы с плоскими торцевыми контактами и т. д.). Кроме того, нужно стремиться к уменьшению общей индуктивности делителя напряжения путем рационального размещения конструктивных элементов и их последовательно-параллельного соединения. Например, демпфирующие сопротивления между каждыми двумя последовательными конденсаторами составляют из нескольких параллельно соединенных сопротивлений. Низковольтная емкость образуется из нескольких параллельно соединенных конденсаторов, благодаря чему облегчается возможность достижения равенства индуктивных постоянных времени высоковольтной и низковольтной частей.
Рис. 56. Демпфированный емкостный делитель напряжения на 3 МВ фирмы Месвандлер Бау.
Практическое исполнение демпфированного делителя напряжения на 3 МВ показано на рис. 56. Высоковольтная емкость с распределенным демпфированием помещена в гетинаксовую трубу. Все конструктивные элементы высушены в глубоком вакууме и пропитаны маслом. Делитель напряжения герметичен. Расширение масла воспринимает азотная подушка. Время ответа tп=20 нс, время успокоения 4,95= 150 нс, выброс 20%.
