Etude et conception d'un étage de mise en forme d'impulsions ultra ...

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La fermeture de S1 entraine une chute de tension au point A de V0 à 0. Une impulsion se propage alors dans la ligne T1 de A vers B avec une amplitude VAB1 = -V0. La fermeture du commutateur S2 entraine la propagation d’une onde de tension VBA1 dans T1 et d’une onde VCD1 dans T2 de C vers la sortie D. L’amplitude de ces ondes de tension 70 est fixé par le circuit diviseur formé par les impédances des deux lignes T1 et T2 au moment de la fermeture de circuit S2 : électrique équivalent formé par les impédances des lignes T1 et T2 (figure 5.2). Ainsi V0 Figure 5.2 – Circuit équivalent à t = T0 +. Z V 0 Vc( T0) VB( T0) V0 Les impédances de T1 et T2 étant identiques, 2Znous2sommes en présence d’un diviseur D’où l’expression de tension des amplitudes avec un rapport de de 1/2. VCD1 et L’expression VBA1 : du potentiel en B (et en C) est la suivante T1 T2 B C VC(T 0 +) = VB(T 0 +) = V0 · Z 2Z Z Z VC(T0+) d’où l’expression des amplitudes de VC→D1 et VB→A1 : t = T0 + τ ⎧ ⎨ ⎩ VB→A1 = VB(T 0 +) −VB(T 0 −) = VC(T 0 +) −V0 = − V0 2 ; VC→D1 = VC(T 0 +) −VC(T 0 −) = VC(T 0 +) − 0 = V0 2 V0 = . (5.4) 2 (5.5) A cet instant, l’onde VB→A1 arrive au point A. La réflexion de VB→A1 sur le court circuit parfait de S1 se propage vers B sous la forme d’une onde VA→B2 de même amplitude et de même signe. D’où l’expression suivante VA→B2 = VB→A1 = V0 . (5.6) 2 Simultanément, l’onde VA→B1 arrive au point B (et C). L’adaptation d’impédance entre T1 et T2 étant parfaite, la transmission est totale vers T2 et l’onde VC→D2 transmise vers le point D est identique à VA→B1.
Ainsi le potentiel au point C (et B) est donné par la somme suivante t = T0 + 2τ VC(T0 + τ) = VC(T0 +) +VC→D2 = V0 2 −V0 = − V0 . (5.7) 2 L’onde VA→B2 arrive au point B (et C). De la même façon que précédemment, elle est totalement transmise dans T2 vers le point D. L’impulsion VC→D3 circulant dans T2 est égale à VA→B2. Nous avons donc 71 VC→D3 = VA→B2 = V0 . (5.8) 2 La valeur du potentiel au point C (et D) est donné par le calcul suivant VC(T0 + 2τ) = VC(T0 + τ) +VC→D3 = − V0 2 + V0 2 = 0. (5.9) Le processus est alors terminé. L’impulsion bipolaire a été générée en sortie du sys- tème. Le chronogramme de la figure 5.3 résume les résultats de la description analytique précédente. ½ V0 - ½ V0 V0 V0 ½ V0 - ½ V0 T0 T0+ T0+2 Comparaison des deux principes VC (sortie) Figure 5.3 – Chronogramme de la mise en forme bipolaire par ligne à ondes gelées. Temps Temps Temps La mise en forme par ligne à onde gelée semble plus simple dans le principe et dans la structure que la solution à ligne Blumlein. En effet, il ne suffit que d’une seule ligne de transmission dans la partie « conversion » du circuit. De plus l’impédance de la ligne de sortie est de celle du convertisseur sont identiques ce qui peut simplifier les transitions. Par contre, ce type de mise en forme n’est efficace que si les deux commutateurs S1 et S2 se ferme exactement au même instant. En réalité un retard entre les deux fermetures est acceptable, si celui-ci reste très négligeable devant le temps de propagation de la ligne centrale. Cette contrainte majeure impose de fait, l’utilisation de commutateurs pilotés à très faible gigue. Or les deux commutateurs d’un système à ligne à onde gelée sont physiquement distants. Le circuit de pilotage doit être parfaitement étudié pour compenser cet éloignement. Aujourd’hui L’usage de commutateur électro-optique de haute performance est la seule solution technologique à ce problème. Cependant les limitations actuelles des composants n’autorisent que des tensions de commutation au mieux de 30 kV. VA VB
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