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

Приведенное уравнение отличается от закона „3/2“ для

4

вакуума численным коэффициентом, членом У х, зависи­ мостью от давления Хе— \/р и показателем степени для расстояния между электродами.

Влияние давления водорода на плотность тока в плоском диоде с накаленным катодом при расстоянии

в газе уменьшается в четыре раза по сравнению с ва­ куумом.

Приведенное решение задачи об электронном токе в

* В появившейся недавно работе О. П. Григорьева [44] приве­ дены экспериментальные зависимости тока диода, наполненного во­ дородом, от давления водорода и расстояния между электродами до начала ионизации газа. Полученные результаты близки к дан­ ным рис. II 1.2.

■30

газонаполненном диоде весьма приближенно. Детально эта задача решена Ингольдом [38] для области давле­ ний, переходной от ограничения тока только электрон­ ным зарядом в вакууме к режиму, определяемому по законам подвижности в газе.

Увеличение тока при ионизации газа. Начальный электронный ток, равный lo— jS при напряжении, пре­ вышающем потенциал ионизации, вызывает ионизацию газа электронным ударом. Здесь / — плотность тока, оп­ ределенная по уравнению (III.6), a S — поверхность ка­ тода. Первоначально ионизация происходит вблизи ано­ да (сетки), так как электроны обладают в этом участке максимальной ионизирующей способностью. Положи­ тельный пространственный заряд ионов, образовавшийся у анода, компенсирует электронный объемный заряд, в результате возникает область с нулевой напряженно­ стью поля — плазма, имеющая потенциал, близкий к по­ тенциалу анода. По мере образования ионов в области, более отдаленной от анода, граница плазмы передвига­ ется к катоду (распространение плазмы происходит лишь за счет образования новых ионов; в период разви­ тия разряда иоиы можно считать неподвижными). При уменьшении расстояния между катодом и границей плаз­ мы растет напряженность поля у катода и суммарный ток через разрядный промежуток (так как в уравнении (II 1.6) уменьшается d). Перемещение границы плазмы продолжается до тех пор, пока расстояние между ней и катодом не станет равным протяженности области ка­ тодного падения потенциала г4, значительно меньшей длины свободного пробега электрона. Область катодного падения у накаленного катода в установившемся раз­ ряде представляет собой двойной слой с отрицательным объемным зарядом у катода и положительным объем­ ным зарядом у границы плазмы [39] *, ширина которого определяется из уравнения:

d K= [(1,86 •2,33 •10- * U W )l j \4 ’. (III.7)

На рис. 111.3 изображен схематически ход изменения распределения потенциала во времени в процессе иони­ зации газа. Ток растет в этот период по экспоненте.

Экспоненциальный рост тока в газоразрядном диоде с накален­ ным катодом обоснован в [36| с рядом упрощающих задачу пред­ положений: напряжение, приложенное к разрядному промежутку, постоянно и расстояние между электродами примерно равно длине

* Подробно область катодного падения в установившемся раз­ ряде описана в гл. [IV].

31

свободного пробега электронов. В этих условиях положительный пространственный заряд попов, образованных начальным электрон­ ным током, компенсирует действие пространственного заряда элект­ ронов. За счет этого растет электронный ток и еще быстрее про­ исходит ионизация. Если каждый электрон образует па пути от ка-

Рис. Ш.З. Распределение потенциала между катодом и анодом при развитии разряда:

тода до анода (3 ионе® и за время t все они остаются на своих

электроном в единицу времени, и носит название частоты ионизации z. Таким образом, постоянная времени роста тока в диоде обратно пропорциональна частоте ионизации

т = 1 jz. (III.ll)

Влияние крутизны подъёма напряжения на разряд­ ном промежутке и мощности источника напряжения на время развития разряда. Напряжение источника, питаю-

32

щего цепь сетки, растет не мгновенно, а за время, обыч­ но сравнимое с длительностью развития разряда. Источ­ ник обладает конечным внутренним сопротивлением. Рост тока, определяемый (ШЛО), приводит к тому, что источник не может поддерживать на разрядном проме­ жутке напряжение ис, которое существовало бы на нем без нагрузки, и ис спадает до напряжения горения раз­ ряда. Часто спад ис наступает, когда напряжение еще не достигло амплитудного значения, которое оно имело бы в отсутствии тока. В этом случае по аналогии с само­ стоятельным разрядом максимальное напряжение назы­ вают «напряжением зажигания» в промежутке катод — сетка *. Крутизна подъема напряжения влияет на вели­ чину «напряжения зажигания» и длительность развития разряда до момента, соответствующего «напряжению за­ жигания».

В [8] рассмотрено влияние на время развития разря­ да крутизны подъема напряжения на разрядном проме­ жутке и внутреннего сопротивления источника для на­ пряжения, растущего линейно со временем u=at. Если сопротивление источника принять равным то напря­ жение на разрядном промежутке и до зажигания раз­ ряда

Воспользуемся законом роста тока, определяемым урав­ нением (III.9), с учетом того, что напряжение и, функци­ ей которого являются /о, z и 9, в свою очередь зависит от t и i. Тогда рост разрядного тока во времени выража­ ется следующим образом:

t

о

В [8] вычислен и измерен ток в плоском диоде и «на­ пряжение зажигания» при разных крутизнах роста на­ пряжения. Исследования проведены при низкой плотнос­ ти газа, когда %е близка к расстоянию между электро­ дами.

На рис. Ш.4 показано напряжение на электродах плоского газонаполненного диода при крутизне фронта нарастания напряжения du/dt, изменяющейся от 4-108

* Условно момент, когда напряжение достигает «напряжения зажигания» на рис. III. 1.), считается завершающим этапом раз­ вития разряда на сетку.