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圧電板ケルセル用パルスジェネレーター

（第2報）

古屋直臣

数野寛

Pulse Generator for Kerr Cell of Piezo Electric Crystals

NaoomiFuruya HiroshiKazuno

Synopsis

  This paper discribes for the pulse generator of a Kerr−cell shutter， with that is applying to the electro−optic effcct in crystals such as NH4H2PO4（ADP）or KH2PO4（KDP）． In the previous paper it was discussed to the main pulser and retardation circuits， but from the results of experiment， thc wave forms of pulse was not so good． Therfore， we designed the new set of pulse generator， in this case the retardation circuit consists of the inverse L type distribution circuit and then the wave form is more improved than the previous case． As shown in the photograph， the wave form is nearly rectangular and pulse width is l micro− second．

1緒

言  Ammonium dihydrogen phosphate（ADP）また はKalium dihydrogen phosphate（KDP）等の

XH2PO4系単軸結晶のZ板に高電圧を加えると、結

晶内の屈折率楕円体が回転し、同時に軸の長さが変化 して双軸結晶となる。これらの結晶の電気光学的効 果、すなわちKerr効果を利用すれば10−6秒程度の 瞬間シャッタが可能になり、また、電気回路素子数を 変えることによって、シャッタ速度の調整も簡単であ り、撮影時の同期化が容易であることとあいまって・ 高速度現象の撮影用シャッタとして利用できる。  筆者等は、これらの瞬間シャッタの構成要素である パルスジェネv−Pt・・一について、前報告1）に引続いて 研究を行ない、遅延回路としては逆L形分布定数回路 を用いた場合について設計し、装置を試作して発生パ ルス波形の観測を行ない、その波形について前回のも のに比べて改善をみたので、こXに報告する次第であ る。

2 遅延回路の設計と試作

 パノレス巾を1×10−6秒とするために、L， C素子か らなる逆L形分布定数回路の遅延時間は1×10−6秒

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とする。ADPやKDPの圧電板結晶にパノレス波が印 加される場合に、これと並列に接続された負荷抵抗の 値は、圧電板ケノレセルのインピーダンスの影響を軽減 するために、ケルセノレのインピーダンスに比べて、で きるだけ小さい方が望ましい。さらに、負荷抵抗の値 は遅延回路の特性インピーダンスと等しいことが要求 されるので、この値を500Ωとして設計することxし た。従って、遅延回路の特性インピ・一ダンス     Z。一／ηC＝500〔Ω〕・・……・…（1） また、パノレス巾0．5∼1．0μsでは、回路網の区分数は 2∼5がよいとされており、また、パノレス波に重畳さ れた高調波の影響を軽減するためには、区分数は多い ほどよいので、この場合4区間とした。 それゆえ、遅延時間ゲは     T＝2nr 1＝2nl／Zで＝2×4w／Zで＝1×10−6        〔禾少〕… ……… （2） となり、（1）、．（2）両式から所要のL，Cの値が求 められる。計算の結果、L＝O．0625 mH， C＝250 PF        ト_{となる。      、}  静電容量と・しては、耐圧4500Vの空気コンデンサー を試作したのであるが、測定の結果その容量は第1表 に示すごと、く、284PFとなったので、遅延時間を

昭和38年2月

_{山梨入学工学部研究報告}

第13号

1×10−6秒にするためには、L＝0．0556 mHとしなけ ればならない。

第1表

空気コンデンサの値 （測定周波数100KC） 路の構成を図示すれば第1図のようになる。  一方、回路の特性インピーダンスZoは設計目標値 より僅か減少して445Ωとなるのである。 コンデンサ 番   号 Cl c2 C3 C4 インピーダ ンス（Ω） 5606．2 5602．8 5603，5 5604．6

位閨角戸麓量

＜88．4 K88．5 ・＜88．5 ＜88．4 284．0 284．2 284．1 284．1  次に逆L形分布定数回路において、4区分の両端の コイノレのインダクタンスL「は、中間のコイルのイン ダクタンスLより10∼20％増の値とすることが推奨 されているので、本実験においては、これをLt＝ 1．13 Lとした。それゆえ、L＝0．0556 mHであるの で、Lノ＝0．0628 mHとなる。試作したコイノLに対し て、それぞれの値は第2表のごとくであった。 第2表  コイルの値（測定周波数100KC） 位 相 角

1

  （度） Fig．1 Retardation network of inverse L type．

3実 験装 置

曇イ劇ぽ㍍ζ

Ll

L2

L3

L4

37．4 35．3 34．6 37．2 ∠87．1 ∠86．5 ∠86．5 ∠87．1 インダクタ ンス（mH） 0．05937 0．05562 0．05506 0．05913 従って、前述のL，C素子を接続した4区分の遅延回  パルス発生回路充電用高圧直流電源として、従来は 高電圧直流発電機を用いたが、実用上不便であるの で、本実験においてはテレビ用高圧整流管IX2−Bを 使用して、整流回路により直流高電圧電源を得ること とした。  トリガー発生用ワンショットマノレチバイブレータA の動作用トリガーは、スイッチを用いた回路によるこ とXし、スイッチには箱形切換スイッチを使用して、 ほX・満足な出力波形を得ることができた。  また、遅延回路のスイッチング素子には、前回報告 したのと同様に水素ガス封入サイラトロンユG35Pを 使用した。 これら各部の結線図は第2図に示す通りである。 AC 100V O．02JiF  2卯PF  Soo kn SOKVR Y ∈亘IYκx99，Ω 2勉F20LUF AC ｜00丁  SOPF SOOKn 50 Kn 6。 10 KVP skO 工2」’F工似 lX2−B 6．5T  6．1A

ll∈童互

AC l10V Fig． 2  Pulse generator circuit．

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圧電板ケノレセノレ用パルスジェネレーター（第2報）

4 測定結果および考察

 前述の試作パルスジェネレーiY・一について、その制 御部であるワンショットマノレチバイブレータ・・一・・の各点 並びに負荷抵抗の端子における電圧波形をシンクロス コープを用いて観測を行なった。  次に、これらの各点における波形観測の結果が写真 に示してある。  写真1は箱形切換スイッチ端における電圧波形を示 ・し、スイッチの開閉に伴ってその端子間に加わる波形 である。写真から明らかなごとく、電圧は54V、時定 数は100μsである。 Phot．1Wqy．eform of voltage of     box−type switch．     己’、轟薯挙  写真2は箱形切換スイッチを動作させたとき、ワン ショットマルチバイ夢濠一ター12AU 7の入力側第1 グリッド端における電圧波形eaである。波高値は18

Vを示し、最rtma：waまでの立上り時間は100μs

である。 Phot．2Waveform ea of one shot     multivibrator．  写真3はワンショットマルチバイブu一ターの出力 側、すなわち次段の増巾器6V6の入力端における電 圧波形ebである。これは負値を示し波高値は73 V、 最大値に達するまでの立上り時間は130μs程度と観 測される。

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Phot．3 Waveform eb of one shot multivibrator． また、写真4は増巾器を含めたワンショットマノレチバイ ブレーター￠∼出力波形eoを示す。 eoの観測にあたっ ては、次段のスイッチング素子1G 35Pを切離して行 Phot．4Wavelorm of output voltage    rr of one shot multivibrator．

なったものである。この場合eoの波高値は167Vに

達し、最大値に達するまでの立上り時間は約130μsで ある。1G 35Pが接続された状態にあるときは、この グリッド電流が流れて、電圧降下をおこすためにe。 の値は低下してしまうのである。 水素ガス入サイラトロンの動作に当っては、グリッド 陰極間のバイアス可変i抵抗10K VRを適当な値に調整i しておき、eoが印加されたときに適確に動作するよう な状態に保っておいてその後、1G35Pを抜きとりそ のグリッド電圧eoの値を求めたものである。それゆ え、ワンショットマルチバイブレーターの負荷、すな わち水素ガス入サイラトロン1G35Pが接続されない状 態で、写真4に示すごとき波高値167Vの電圧が印加 されxば、このトリガーパルスによってIG 35Pが動 作しスイッチインされるのである。  次に、直流整流電圧4KVを印加し、トリガー回路 を動作させて負荷抵抗の両端に発生したパノレスの観測 波形は写真5のごとくであった。パルス巾は1×10−6 秒、パノレス波の平均値は2，000V、最大値は約2，116V 最小値は約1，750Vの矩形波である。  写真に示すごとく、出力のパルス波形は大体1μsの

昭和38年2月

_{山梨大学工学部研究報告}

_第13号

Phot．5 Pulse wave form at     output terminals． パルス巾をもつ矩形波がえられたが、これに、周波数 約3MC、振巾180 Vの高調波が重畳している。これ について考察してみると、遅延回路において、L素子 は一応連続分布状態におかれているのに対して、C素 子は4区劃にそれぞれ集中しているために、これらの 不平等分布によるインピーダンス不整合にもとずく反 射波の影響によるものと考えられる。  従って、遅延回路にケーブルなどのL，Cともに分 希状態に構成されたものを用いれば、これらの高調波 リップルを除去することができるものと考えられる。  前述の遅延回路を用いてパルス波を得る方法では、

そのパ・・禰圧撫電源電圧Eとの間レゴ1一与

・ε一2溜の関係があり、パルス電圧は電源電圧の1／2 しか利用できないので、ADPやKDP結晶のケノレ効 果に必要なS KV LI上のパノレス電圧を発生するには、 電源電圧を10KV以上にしなければならないので、装 置の各部についてはこれに耐えうる絶縁耐力を持たせ なければならない。  本研究においては、入手材料の関係から電源電圧を 4．5KVとして、各部の設計を行なったので、負荷端 電圧を所要の5KV以上とするためには、パノレストラ ンスを用いて、パノレス電圧の昇圧を行なわなければな らない。

5結

言  圧電板ケノレセル用高圧パノレス発生装置として、パノレ ス巾が1×10−6秒程度の短形波で、その振巾で5KV 以上の波形を得ることについて研究を行ない、波形並 びにパノレス巾については、ほX・所期の目的を達するこ とができた。  パルスの波高値については、使用した材料の絶縁耐 力の点から、目標値の1／2程度にとx・まったのである が、パノレストランスの使用、あるいは、使用材料の改 善等から所期の目的を達するように、さらに、研究を 進めて行く考えである。  本研究は、文部省科学試験研究費の補助を受けて実 施したもので、装置の試作、実験にあたっては、本学 職員溝田孝夫君、および、電気工学科学生内田重信君 の労を煩わした。こXに記し謝意を表する次第であ る。

参 考 文 献

1．古屋、数野：山梨大学工学部研究報告 第12号  p．90（昭36．12） 2．川上：電子回路（IV）共立社 3．伏見：電気試験所研究報告 第602号（昭36．5） 4．B．H． Billings：J．O．S．A． Vol．39 No．10   P．7970ct．1949 5．B．H． Billings， S． Sage， W． Draisin：Rev．  of Scient． Inst． Vol．22 No．12 P．1009 Dec：   1951 6．A．M． Zarem， F．R． Marshall：Rev． of Sci−  ent． Inst． Vo1．21 No．6 P．514 June 1950 7．B．H． Billings：J．O．S．A． Vo1．39 No．10  P．802 0ct．1949 8，H．F． Quinn， W．B． Mckay，0．J． B皿rque：  J．of ApPlied Phy． Vo1．21 P．9950ct．1950 f！

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