Импульсные водородные тиратроны
Информация - Разное
Другие материалы по предмету Разное
° при двух значениях расстояния между анодом и сеткой (1-3 мм; 2-1,5 мм)
С ростом давления и расстояния напряжение снижается, поскольку условия в тиратроне соответствуют левой ветви кривой Пашена. При особо малых значениях давления и расстояния наблюдается отклонение от кривой Пашена: напряжение не зависит от давления и определяется условиями возникновения вакуумного пробоя. Механизм инициирования пробоя связан с явлениями на поверхности электродов, обусловленными сильным электрическим полем. К таким явлениям относятся автоэлектронная эмиссия с микроострий и отрыв микрочастиц от электродов. Оба явления способны вызывать взрывообразное выделение газа или пара в промежуток, что создает условия для развития разряда. Напряжение вакуумного пробоя U0 (кВ) повышается с увеличением расстояния сетка-анод dc a (см) в соответствии с эмпирической формулой:
1
Зависимость напряжения зажигания разряда от давления водорода и расстояния определяется следующим эмпирическим выражением:
при , (2)
где - напряжение зажигания самостоятельного разряда в промежутке сетка-анод (кВ); p - давление водорода (Торр).
Зависимости напряжения зажигания от давления газа при различных межэлектродных расстояниях (рис. 3) используются для обоснования выбора параметров p и dс а по заданному значению максимально допустимого анодного напряжения. При этом обеспечивают некоторый запас электрической прочности, полагая напряжение вакуумного пробоя U0 превышающим значение максимально допустимого на 20-50%. По соотношению (1) рассчитывают расстояние dс а (обычно несколько миллиметров) и, полагая , определяют максимальное допустимое давление водорода [при более высоком давлении напряжение зажигания в соответствии с соотношением (2) оказывается ниже рабочего]. Изложенная последовательность расчета обеспечивает наиболее высокое (около 0,5 Торр) допустимое давление, что, как будет показано далее, важно для обеспечения малого времени развития разряда.
3.2 Допустимый ток
Наибольший допустимый ток тиратрона определяется эмиссионной способностью катода. В тиратронах обычно используется оксидный катод, для которого в режиме микросекундных импульсов допустимая плотность тока составляет 10 А/см2. Делением заданного значения рабочего тока тиратрона на допустимую плотность тока катода определяют необходимую площадь катода. При этом используется характерный для тиратронов принцип конструирования катода, обеспечивающий уменьшение габаритов прибора: эмитирующая поверхность выполняется в виде сотовой или ребристой структуры. Плазма проникает в соты (между ребрами), что обеспечивает отбор электронов, эмитированных как с дна, так и с боковых поверхностей сот (ребер). В вакуумных приборах такая конструкция катода не применяется, так как электронный пространственный заряд ограничивает отбор электронов (в газе заряд компенсируется ионами).
Катод тиратрона обычно представляет собой цилиндр с торцевой эмитирующей поверхностью (рис. 2). Площадь поверхности S при наличии квадратных сот с шагом l определяется соотношением:
, (3)
где dк - диаметр катода; h - глубина сот (порядка шага).
Из формулы следует, что соты увеличивают площадь эмитирующей поверхности тем больше, чем меньше шаг структуры (и больше, соответственно, количество сот). Однако если шаг меньше величины lm, равной нескольким длинам свободного пробега электронов в газе, то плазма не заполняет объем ячейки, электроны с дна сот и нижней части их боковых стенок полем не отбираются, а сотовая структура не работает. В связи с этим зависимость допустимого тока катода от шага структуры (рис. 4) имеет максимум при значении аргумента, несколько превышающем величину lm.
С увеличением давления газа длина свободного пробега электронов уменьшается. Соответственно уменьшается и величина lm , что позволяет увеличивать число сот (при уменьшении шага) с целью повышения допустимого тока катода. Максимум зависимости тока от шага смещается влево и вверх (кривые 1 и 2 на рис. 4).
Рис. 4. Зависимости допустимого тока катода от расстояния между ребрами при различных значениях давления водорода и диаметра катода (1-4 см и 30 Па; 2-4 см и 60 Па; 3-5 см и 60 Па)
Ток существенно возрастает при увеличении диаметра катода из-за увеличения его площади (кривые 2 и 3 на рис. 4).
Зависимость допустимого тока от давления газа учитывается при выборе размеров катода, поскольку в тиратроне давление может существенно изменяться из-за нестабильности напряжения накала и свойств водородного генератора, а также из-за электрического поглощения газа в процессе срока службы. При неконтролируемом снижении давления допустимый ток катода может оказаться ниже рабочего значения тока тиратрона, что приведет к повышению напряжения горения разряда, усилению распыления катода ионной бомбардировкой и сокращению срока службы прибора. Для предотвращения этого катод конструируют с определенным (20-50%) запасом эмиссионной способности.
.3 Быстродействие тиратрона
Скоростная способность тиратрона характеризуется интервалом времени между передним фронтом управляющего импульса и началом вершины импульса анодного тока. В первом приближении интервал разбивают на две составляющие: от фронта до начала роста анодного тока и от этого начала до вершины токового импульса. Первая составляющая, называемая запаздыванием разряда, существенно больше второй,