Файл: Фогельсон, Т. Б. Импульсные водородные тиратроны.pdf

Когда R„ с Z, на линии и аноде тиратрона после про­ хождения импульса тока появляется отрицательное на­ пряжение Uo5р, величина которого равна

Uab? = {Rn- Z ) l ( R n + Z). (XI.3)

Небольшое «отрицательное» рассогласование реко­ мендуется. Заряд линии в этом случае начинается с от­ рицательного напряжения и появление положительного напряжения на аноде задерживается.

Значительное увеличение рассогласования недопусти­

шое обратное напряжение на тиратроне опасно из-за по­ явления значительных потерь на аноде и сетке во время протекания обратного тока. Кроме того, могут воз­ никнуть обратные зажигания, заряд формирующей линии после которых начинается не с отрицательного на­ пряжения, а с нуля. Это вызывает нестабильность ампли­ туды выходного импульса тока. При использовании ли­ нейного заряда обратные зажигания, как уже упомина­ лось выше, могут привести к повторному отпиранию и переходу тиратрона в режим непрерывного горения *.

Допустимая величина обратного напряжения, возни­ кающего на аноде тиратрона вслед за прохождением импульса тока, не превышает 5 кВ в мощных тиратро­ нах, а в тиратронах малой и средней мощности допу­ стимое Добр находится в пределах 1,5—3 кВ. Это требо­ вание накладывает жесткие ограничения на величину сопротивления нагрузки модулятора. Нагрузкой в моду­ ляторах служат генераторные приборы (магнетроны, клистроны, платинотропы), имеющие значительный раз­ брос внутреннего сопротивления. Изменение сопротивле­ ния нагрузки при смене ламп и особенно при искрении, когда сопротивление нагрузки резко падает, приводит к повышению обратного напряжения на тиратроне. Для того чтобы этого избежать, рекомендуется схема снятия перезаряда формирующей линии.

Схема снятия U0рр. Параллельно формирующей ли­ пни включается цепь защитного диода по схеме, прн-

* Следует учесть, что на аноде тиратрона после прохождения импульса тока возникают высокочастотные колебания напряжения

.за счет нестационарных процессов в формирующей линии. Колеба­ ния накладываются на напряжение заряда, и отрицательное напря­ жение оказывается значительно большим, чем то, которое опреде­ ляется формулой (XI.3).

188

веденной на рис.Х1.4. Цепь снятия перезаряда должна обладать минимальным сопротивлением для эффектив­ ного снижения амплитуды и длительности обратного на­ пряжения. Вакуумные диоды имеют большое внутреннее сопротивление, и их применение не приводит к сущест-

1) Я п = 2) R n = 5 кОм; 3) R n = 560 Ом; 4) Ra = 28 Ом.

венному снижению обратного напряжения. Рекомендует­ ся применять импульсные тиратроны или специально созданные газоразрядные диоды. Сопротивление как тех, так и других при прохождении импульса тока не превы­ шает нескольких десятых ома.

Влияние сопротивления Rn, включенного последова­ тельно с диодом Лч в цепь перезаряда, на амплитуду и форму отрицательного напряжения на аноде тиратрона

ответствует заряду в отсутствии цепи снятия перезаряда, кривые 2, 3 и 4 — при сопротивлении в цепи перезаряда Ru, равном 5000, 560 и 28 Ом, соответственно. Значи­ тельное уменьшение амплитуды отрицательного напря­

189

противлению формирующей линии, когда полностью сни­ мается обратное напряжение.

Необходимо напомнить, что полное снятие перезаря­ да с формирующей линии в условиях линейного заряда может привести к повторным отпираниям тиратрона, в силу того, что отсутствует задержка появления поло­ жительного напряжения, создаваемая рассогласованием. Если по каким-либо обстоятельствам применение линей­ ного заряда необходимо, следует сократить допустимую величину рассогласования, вводить соответствующее (увеличенное) сопротивление в цепь перезаряда или за­ держивать рост анодного напряжения путем применения нелинейного дросселя (см. рис. XI.2).

Крутизна фронта импульса тока при разряде форми­ рующей линии задается условиями анодной модуляции генератора, служащего нагрузкой модулятора. Для каж­ дого типа тиратрона существует предельно допустимая крутизна фронта тока. При большой крутизне фронта ток нарастает в период, когда напряжение иа разрядном промежутке еще достаточно высоко. Это ведет к росту коммутационных потерь в тиратроне, возможно искаже­ ние формы импульса тока, так как фронт импульса начи­ нает определяться не формирующей линией, а процесса­ ми развития разряда в тиратроне. Для уменьшения ком­ мутационных потерь и создания импульса неискаженной формы можно разделить во времени спад напряжения на тиратроне и крутой рост тока [93]. Такое разделение осуществляется включением дросселя с насыщающимся сердечником в разрядную цепь анода тиратрона взамен индуктивности первого звена формирующей линии.

Когда сердечник дросселя ненасыщен, дроссель об­ ладает большой индуктивностью и развитие разряда че­ рез тиратрон происходит при малом значении тока. В на­ сыщенном состоянии индуктивность дросселя не отли­ чается от индуктивности звена формирующей линии. Сколь угодно быстрый рост тока, происходящий при низ­ ком анодном напряжении, не вызывает значительных коммутационных потерь и фронт тока не искажается. На рис. XI.5 приведена форма тока и напряжения на тиратроне при включении нелинейного дросселя в цепь разряда.

В [108] дроссель с насыщающимся сердечником ис­ пользовался для получения наносекундных импульсов в схеме с тиратроном ТГИ1-500/16. Неискаженный импульс с длительностью фронта 30—40 нс и амплитудой 180А

190

был получен при амплитуде тока ненасыщенного дроссе­ ля («ток подготовки»), равном 10А, минимальное время задержки составляло 40 нс. Значительное снижение ком­ мутационных потерь позволило повысить крутизну фрон­ та импульса тока в пять раз по сравнению с но­ минальной.

Применение нелинейного дросселя в схеме с тиратро­ ном ТГИ1 -2000/35 позволило увеличить частоту повторе­ ния импульсов тока в 6 раз при предельно допустимой импульсной мощности.

Сеточная цепь линейного модулятора включает гене­ ратор поджигающего импульса ГПИ, переходную ем­ кость Сп, сопротивление утечки Ry и фильтр, защищаю­ щий ГПИ от перенапряжения, возникающего между ка­ тодом и сеткой в момент отпирания (рис. III. 1). Сеточ­ ная цепь должна быть построена таким образом, чтобы создать положительный импульс поджига и про­ пустить значительный ионный ток в деионизационный период.

Для ускорения вос­ становления электриче­ ской прочности тиратрона рекомендуется включе­ ние отрицательного сме­ щения на сетку (особен­ но при повышенной ча­ стоте повторения им­ пульсов). Отрицательное смещение можно осущест­ вить от источника по­ стоянного тока или вос­ пользоваться «автосме­ щением», т. е. разрядом переходной емкости Сп (расчет параметров цепи

сетки для этого процесса дан в гл. VI). Переходную ем­ кость Сп и сопротивление утечки Ry целесообразно вы­ бирать, исходя из условий получения оптимального автосмещения. Обычно емкость Сп находится в пределах

191

форматоре, создает выброс отрицательного напряжения на сетке, способствующий ускорению деионизации.

Генератор поджигающих импульсов. Напомним, что одним из главных преимуществ водородного тиратрона является его высокий коэффициент управления но им­ пульсной мощности (отношение полезной анодной мощ­ ности к мощности сеточного импульса находится в преде­ лах 5-103 — Ю4). Поэтому генератор 'поджигающих им­ пульсов представляет собой либо простую трех-четырех каскадную ламповую схему, на выходе которой стоит ка­ тодный повторитель, либо маломощный линейный моду­ лятор. Параметрами генератора поджигающих импуль­ сов являются: напряжение Ucи крутизна его нарастания

го замыкания генератора UcjRi).

Между генератором поджигающих импульсов и сет­ кой тиратрона средней и большой мощности реко­ мендуется помещать фильтр, защищающий ГПИ от пе­ ренапряжения на сетке, которое возникает в период раз­

■фильтр в цепи сетки не должен пропускать частоты свы­ ше 5 МГц. Обычно ставится П-образный фильтр ГфСф. Индуктивность Еф не должна существенно уменьшать скорость нарастания тока сетки, так как это приводит к росту запаздывания анодного тока по отношению к на­ пряжению сетки *.

Полное сопротивление сетки относительно катода включает емкость промежутка катод — сетка Ск_ с, со­ противление утечки Ry и внутреннее сопротивление гене­ ратора поджигающих импульсов Ri. Емкость промежут­ ка сетка — анод Са - с. благодаря малому расстоянию между этими электродами и их большой поверхности имеет сравнительно большую величину (у некоторых ти­ ратронов достигает 100 пФ). Полное сопротивление меж­ ду катодом и сеткой и емкость Са _ с образуют делитель напряжения. При большой скорости нарастания напря­ жения на аноде (высокая частота следования импульсов тока, специальные режимы группового включения тира­ тронов) на сетке тиратрона появляются паразитные им­ пульсы, которые могут вызвать его отпирание. В схеме,

* То же следует иметь в виду при применении импульсного трансформатора в отношении индуктивности его обмоток.

192

где резкие скачки напряжения на аноде неизбежны, нуж­ но уменьшать полное сопротивление промежутка ка­ тод— сетка либо снижением сопротивления Ry, либо включением параллельно ему большой емкости.

Применение импульсных тиратронов в некоторых спе­ циальных схемах. Помимо простейшей схемы линейного модулятора, описанной выше, существуют более слож­ ные устройства.' Одним из таких часто используемых устройств решается задача получения кодированного сигнала в виде серии импульсов, промежуток между ко­ торыми меньше времени восстановления электрической прочности тиратрона. В схеме, показанной на рис. XI.6 ,

Рис. XI.6. Включение двух формирующих линий на общую нагрузку.

используется поочередное включение двух формирую­ щих линий на общую нагрузку. Аноды тиратронов связа­ ны между собой через формирующие линии. В силу это­ го выходные импульсы, возникающие на нагрузке при включении одного тиратрона, передаются на анод вто­ рого тиратрона в виде импульса отрицательного напря­ жения. Приближение импульса одного тиратрона к дру­ гому может быть ограничено появлением обратного зажигания на неработающем тиратроне. Однако это отно­ сится лишь к очень малым расстояниям между импуль­ сами, так как деионизация анодной камеры протекает даже в самых мощных тиратронах за несколько микро­ секунд. Опасно, если отрицательный импульс напряже­ ния сопровождается пульсацией с переменой знака. То­ гда за счет емкости сетка — анод возможно появление положительного потенциала на сетке и паразитного от­ пирания тиратрона.

Для того чтобы этого избежать, в схемах, где не-

сколько формирующих линий включены на общую на­ грузку, необходимо, чтобы полное сопротивление между катодом и сеткой было минимальным. Можно рекомендо­ вать подключение, помимо сопротивления емкости, рав­ ной нескольким десяткам тысяч пикофарад. Емкость должна иметь минимальную собственную индуктивность и возможно меньшую индуктивность в участках присо­ единения к катоду и сетке. В таких схемах следует по­ вышать мощность сеточного импульса по сравнению с номинальной, так как значительная часть мощности расходуется на сопротивлении или емкости, включенных паралллельно промежутку катод — сетка.

Применение импульсных тиратронов в качестве за­ щитных диодов. В линейных модуляторах импульсные тиратроны применяются не только как коммутирующие приборы. Широко практикуется их использование в ка­ честве защитных диодов в цепи снятия перезаряда фор­

/ —цепь снятия перезаряда формирующей линям, II —цепь шунтирования полек жительного выброса импульсного трансформатора.

— коммутирующий тиратрон, Лч и Л1 —тиратроны в защитных цепях, Л3 —ге­ нераторная лампа, —ограничительное сопротивление.

тирующей выброс положительного напряжения импульс­ ного трансформатора [94, ПО]. В последнем случае за­ щитный диод может быть включен как параллельно нагрузке, так и параллельно первичной обмотке импульс­ ного трансформатора (II на рис. XI.7). В обоих цепях главными свойствами, которыми должен обладать при­ бор (помимо низкого внутреннего сопротивления при

194