Um gerador de pulso indutivo (frequentemente chamado de gerador Marx, rede formadora de pulso, ou driver bobina ignição em vários contextos) produz um pulso unipolar ou bipolar de alta tensão e curta duração caracterizado por tempo de subida rápido, tensão de pico alta e potência instantânea significativa.
A Física: Retorno Indutivo (V = L · di/dt)
- Armazenamento Energia: Corrente sobe no indutor (bobina), armazenando energia no campo magnético:
E = ½ L I².
- Interrupção Rápida: Chave (MOSFET, IGBT, tiratrão, centelha, pontos mecânicos) abre abruptamente (nanossegundos a microssegundos).
- Colapso Fluxo: Campo magnético colapsa, induzindo tensão no indutor:
V = –L (di/dt).
- di/dt é enorme (corrente vai de Amperes a zero em ns/µs) → V é enorme (kV a MV).
Características-Chave do Sinal
| Parâmetro | Faixa Típica | Notas |
|---|
| Tensão Pico | 100V – 1MV+ | Bobinas ignição: 20–40kV. Geradores Marx: 100kV–2MV. Simuladores EMP: >1MV. |
| Largura Pulso (FWHM) | 1 ns – 100 µs | Ignição centelha: 50–200 ns. Moduladores radar: 0,1–10 µs. EMP: < 1 ns subida, 100s ns largura. |
| Tempo Subida (10–90%) | 0,5 ns – 1 µs | Limitado por velocidade chave, capacitância parasita, indutância. |
| Taxa Repetição | Tiro único – 100 kHz+ | Ignição: 50–600 Hz (RPM motor). Radar: 100–10k Hz. Lasers: 1–100 Hz. |
| Polaridade | Unipolar (geralmente +) ou Bipolar | Depende topologia circuito (flyback, forward, Marx). |
| Energia por Pulso | µJ – kJ | Centelha: ~50–100 mJ. Bomba laser: 1–10 J. EMP: kJ. |
| Impedância Fonte | Alta (kΩ–MΩ) | Limitada por energia armazenada. Não fonte tensão rígida. |
Topologias Comuns
- Flyback / Bobina Ignição: Baixa-V DC → Primário → Pontos/MOSFET abrem → Secundário (100:1) → 20–40kV centelha. Simples, ubíquo.
- Gerador Marx: N capacitores carregados em paralelo, descarregados em série via centelhas. Multiplicação tensão multi-estágio. Alta tensão, energia moderada.
- Rede Formadora Pulso (PFN) + Tiratrão/IGBT: Rede LC molda pulso (quadrado, Gaussiano). Radar, células Pockels, bombeamento laser.
- Adder Indutivo / Driver Transformador Linear (LTD): Múltiplos núcleos série/paralelo. Alta corrente (kA–MA), subida rápida. Z-pinch, radiografia.
- Pulsador Estado Sólido (MOSFET/IGBT/SiC/GaN): Chaveamento direto. Subida nanossegundo, largura programável, alta taxa rep. LiDAR, reflectometria domínio tempo, plasma.
Aplicações
- Ignição: Motores gasolina (vela), turbinas gás, tochas flare.
- Médico: Desfibrilador (exponencial bifásico truncado, 200–360J), Eletroporação, Ablação Campo Pulsado.
- Radar / Lidar: Geração pulso RF alta potência (modulador magnetron/klystron), Pulsação diodo laser/VCSEL (pulsos ns).
- Pesquisa: Simulação EMP, Física plasma, Z-pinch, Física choque, Teste ruptura dielétrica.
- Industrial: Drive injetor piezo combustível, Tratamento corona, Geração ozônio, Erosão centelha (EDM).
Medição Requer Equipamento Especializado
- Sonda Alta Tensão: Divisor 1000:1 ou 10000:1 (resistivo + compensação capacitiva). Largura banda > freq pulso.
- Visão Corrente: Bobina Rogowski (rápida, não invasiva) ou Transformador Corrente (TC).
- Osciloscópio: ≥ 1 GHz BW, ≥ 5 GS/s para pulsos ns. Entrada 50Ω.
- Segurança: Distância, blindagem, aterramento. Esses pulsos saltam gaps, acoplam capacitivamente, destroem osciloscópios.
Resumo
Um gerador de pulso indutivo converte energia magnética armazenada lentamente em um impulso elétrico rápido de alta tensão. O sinal é definido por sua tensão de pico, tempo subida, largura pulso e energia — adaptados pela topologia (flyback, Marx, PFN, estado sólido) à aplicação, desde centelha cortador grama até simulador EMP multi-megavolt.
