Generadores de una etapa
Básicamente responden al circuito representado en la fig. 17, en el cual el capacitor C1 se carga mediante una fuente de AT continua con polaridad positiva o negativa respecto a masa, y cuando su tensión alcanza el valor de la tensión disruptiva del explosor de esferas E, se descarga repentinamente a través de este sobre los resistores R1 y R2 y el capacitor C2, el cual representa -en primera aproximación- la capacitancia del aparato que se ensaya, y, cuando su tensión iguala a la de C1, sé descarga simultáneamente con este sobre R2. Si C1» C2 y R2 » R1, la tensión en C2 crece rápidamente hasta un valor casi igual al de la que adquirió C1 y luego decrece lentamente; es decir, evoluciona según una onda completa con T1«T2, como se muestra el siguiente razonamiento aproximado.
Alcanza de la pequeña disminución que experimenta la tensión de C1 en la primera fase del proceso, puede admitirse que C2 se carga a tensión constante y, como R2 » R1, que R2 = ¥ (fig. 18). El frente de la onda queda así gobernado con una ecuación como la (2) con una constante de tiempo:
t1 = R1
. C1 . C2 (6)
C1 + C2
y, por consiguiente, su duración puede cambiarse modificando el valor de R1, llamado por eso "resistor de frente".
Por otra parte, como la descarga de C1 y C2 sobre, R2 (segunda fase) se inicia aproximadamente con la misma tensión que había adquirido C1 apenas unos instantes después que el proceso, cabe suponer que comienza simultáneamente con este, y que R1= 0 por ser, mucha menor que R2 (fig. 19). La cola se desarrolla así según una ecuación como la (4), con constante de tiempo:
t2 = R2. (C1 + C2) (7)
y su duración puede regularse variando R2, que se denomina por ello resistor de cola.
.
Realmente, el resistor R1 influye también sobre T2 y el R2 sobre T1, pero ambas influencias son de menor cuantía que las indicadas.
Además, en la práctica el circuito no puede considerarse exento de inductancia como lo hemos hecho hasta aquí. De allí que, más exactamente, deba esquematizarse según la fig. 20, en la cual L representa su inductancia propia mas la del aparato que se ensaya.
El efecto de la inductancia se concreta en una mayor rapidez del frente pero, sobre todo, en la posibilidad que la onda se torne oscilante, si R1 es inferior al valor crítico que determina la igualdad:
R1 = 2. √ L.(C1+C2) (8)
C1 . C2
Por tanto, debe tratarse que L sea siempre lo menor posible, del orden del μH.
De lo que antecede es evidente que conociendo C1 y C2, pueden establecerse los valores aproximados de R1 y R2 necesarios para obtener impulsos con frente y cola de duración determinada. Expondremos pues las relaciones aptas para calcularlos.
Resistor de frente, R1 De (3) y (6) se obtiene que la duración aproximada del frente, suponiendo L =0 , es:
T1 ≈ 2,75 . R1 (C1 . C2)/ (C1+ C2)
Luego:
R1 ≈ T1 . C1 + C2 ≈ T1
. porque C2« C1
2,75 C1 . C2 2,75 . C2
Sin embargo, en el circuito real (L≠ 0), ente valor resulta generalmente inferior al crítico, razón por la cual se acostumbra tomar.:
R1 ≈ T1 (9)
2,5 a 2.C2
verificando después experimentalmente que el circuito no oscila. Para onda 1/50 se tiene pues, expresando T1 en μseg, y C2 en μF
R1 ≈ 0,4 a 0,5
C2
Resistor de cola, R2 De (5) y (7) se obtiene que la duración aproximada de la cola hasta su semiamplitud, es :
T2 = 0,7. R2 . (C1 + C2)
Luego:
R2 ≈ T2 __ ≈ T2 porque C2 » C1 (10)
0,7(C1+C2) 0,7.C1
Para onda 1/50, expresando T2 y C1 en las unidades recientemente indicadas:
R2 ≈ 50___ = 71,4 (W)
0,7. C1 C1
Es necesario destacar que, como R1 influye también sobre T2 y R2 sobre T1, estas formulas proporcionan solamente valores orientativos que deben ajustarse después experimentalmente examinando la onda con el oscilógrafo de rayos catódicos.
La conexión indicada en la fig.20, puede sustituirse por la que muestra la fig. 21, de la cual, mediante las simplificaciones ya indicadas se deducen las mismas formulas.
Sin embargo esta conexión suministra una onda con menor valor de cresta, fundamentalmente porque origina una caída mayor en el resistor R1 y la tensión en C2 llega, en consecuencia, hasta un valor más bajo. Puede demostrarse que el rendimiento de tensión del generador:
η = (tensión máxima de impulso) / (tensión continua de alimentación)
es una función de C1/C2 y, para ondas 1/50, tiende asintóticamente a 0,94 a medida que aumenta C1/C2 si el resistor de frente se coloca detrás del de cola (fig. 22), mientras que solo alcanza un máximo de 0,90 para C1/C2 ≈ 20, si se dispone delante del mismo (fig. 23).
Durante el ensayo, el circuito resulta más complejo ya que es necesario insertar el espinterómetro de esferas y el sistema divisor de tensión - oscilógrafo, para medir y registrar el impulso (fig. 24 y 25).
Esta inserción modifica el valor de C2, aun cuando el divisor sea resistivo, e incide principalmente sobre la duración de la cola, por lo que debe tenerse en cuenta en el cálculo previo de resistencias y capacitancias.
La calibración del sistema divisor – oscilógrafo se realiza con el espinterómetro de esferas (ver mas adelante) y, en lo posible, conviene hacerla antes de conectar el aparato a ensayar, utilizando como capacitancia de carga (C2) la propia del divisor.
La máxima tensión de cresta que se obtiene con un generador de una etapa es de unos 300 kV.