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

длительность которого может быть определена по запаз­ дыванию тока анода по отношению к напряжению сетки. На рис. II 1.15 приведено распределение электрического поля анода, измеренное в электролитической ванне без

о 2 4 6 (?иа,кв

8

учета пространственных зарядов для двух конструкций тиратронов, отличающихся проницаемостью сетки (от­ личие заключается в разной величине захода экрани­ рующего диска за границу отверстий сетки). Там же дана зависимость запаздывания анодного тока по отно­ шению к напряжению сетки от напряжения анода для обеих конструкций тиратрона при неизменных давлении в тиратронах и форме сеточного импульса. Увеличение проницаемости сетки приводит к уменьшению запаздыва­ ния, так как для отпирания тиратрона с большей прони­ цаемостью нужно меньшее значение q.

47

Качественный ха­ рактер влияния перво­ начального расположе­ ния плазмы разряда сетка — катод относи­ тельно щели сетки на длительность развития разряда (запаздыва­ ние) проверен в экспе­ риментальном приборе

(рис. II 1.16, а). В этом приборе катод и сетка имеют конструкцию, подобную тиратрону ТГИ1-90/8, и между ними помещен диск, ко­ торый может переме­ щаться и быть присое­ диненным к сетке или катоду [8]. Плотность беспорядочного элект­ ронного тока на зонд, помещенный в щель, характеризует концент­ рацию плазмы в месте расположения зонда.

При диске, соеди­ ненном с катодом, плотность беспорядоч­ ного тока на зонд в три раза больше, чем при диске, соединенном с сеткой. На рис. III.16, б дано запаздывание анодного тока по от-

Рис. 1Н.16. Влияние распре­ деления плазмы в простран­ стве сетка — кагод на вре­ мя развития разряда:

а —экспериментальная лампа для определения концентрации плаз­ мы в щели экранирующего диска зондовым методом; б —запазды­ вание тока анода по отношению

кнапряжению сетки для случаев:

/—диск соединен с катодом, 2 —диск соединен с сеткой.

48

ношению к сеточному напряжению в зависимости от Ua для обоих случаев. Значительное увеличение запаздыва­ ния во втором случае можно объяснить медленным ростом, концентрации плазмы в щели, так как основная часть сеточного тока в этой конструкции шунтируется диском, имеющим сеточный потенциал.

Зондовая методика позволяет найти оптимальную конструкцию катода и сетки, при которой можно полу­ чить минимальное время запаздывания отпирания ти­ ратрона.

111,4. ПЕРИОД КОММУТАЦИИ

Периодом коммутации называется интервал времени от начала отпирания тиратрона до момента, когда про­ цессы, происходящие в тиратроне, перестают влиять на ток во внешней цепи. Напомним, что рост предразрядиого тока анода перед отпиранием тиратрона приводит к постепенному перемещению границы области иониза­ ции от анода через сетку и экранирующий диск в об­ ласть сетка — катод. Образовавшийся проводящий ка­ нал позволяет анодному полю проникнуть в катодную область. Напряженность поля в катодной плазме воз­ растает и усиливает ионизацию газа, в результате чего высокая концентрация заряженных частиц распростра­ няется по всему объему тиратрона и ток, идущий на анод, растет.

Длительность перехода тиратрона из непроводящего состояния в состояние полной проводимости определя­ ется скоростью, с которой происходит ионизация, доста­ точная для создания плазмы нужной концентрации во всем объеме тиратрона. Главным фактором, влияющим на этот процесс, является плотность газа, которая опре­ деляет частоту ионизации.

Экспериментальные наблюдения, проведенные в ра­ боте [34], подтвержденные позднее в [41—43], показа­ ли, что в процессе коммутации потенциал анода снижа­ ется по экспоненте в течение значительной части време­ ни (примерно до 30—40% от номинального значения на­

где иа, Uа — мгновенное и амплитудное значения напря­ жения анода, соответственно; та — постоянная спада на­ пряжения анода.

На рис. III.17 показан спад анодного напряжения для тиратрона 4С35 [34]. Постоянная времени спада ма­ ло зависит от напряжения анода, уменьшаясь с 5-10-9 до 3,43-10-9 с при росте напряжения от 2 до 10 кВ.

На рис. III.18 приведена зависимость тa= /(t/a) для тиратронов ТГИ1-35/3, ТГИ1-130/10 и ТГИ1-260/12 '[42].

t, нс

Рис. III.17. Спад напряжения на тиратроне 4С35, в зависимости от амплитуды напряжения анода U a [34]:

Постоянная та определена здесь не непосредственно по осциллограмме спада напряжения, а путем измерения тока разряда конденсатора малой емкости через тира­ трон, пользуясь зависимостью тока разряда от та. Из рис. III.18 видно, что та мало зависит от напряжения анода. Наиболее сильно на постоянную времени спада напряжения влияет давление водорода, точнее его плот­ ность.

Плотность газа вблизи электродов можно считать обратно про­ порциональной абсолютной температуре этих электродов. Темпера­ тура же анода, сетки и катода зависит от режима работы тират­ рона, в связи с чем в различных зонах тиратрона плотность газа может отличаться в 2—3 раза. Так, например, при повышении часто­ ты следования импульсов тока растет мощность, выделяющаяся на аноде, и температура анода повышается. При неизменном значении давления водорода это приводит к локальному уменьшению плот­ ности газа у анода и росту постоянной времени спада.

Заметно отличается распределение плотности газа вблизи элект­

50

родов в тиратронах, анод которых имеет температуру 300—400° С и в приборах, имеющих анод, принудительно охлаждаемый до тем­ пературы 20—30° С. Плотность газа вблизи анода в приборах обоих типов' должна быть близка, так как ею определяется электрическая прочность тиратронов. Этой плотности в приборе с охлаждаемым анодом соответствует в два раза меньшее давление.

^а.нс

Рис. III. 18. Постоянная времени спада напряжения та в зави­ симости от амплитуды напряжения анода для [-12]: ТГИ1-35/3 (/), ТГИ1-130/10 (21, ТГИ1-260/12 (5).

На рис. III.19 приведена зависимость та от давления р для тиратрона 4С35. Постоянная времени обратно

напряжения в двухсекционном тиратроне с охлаждае­ мым анодом типа ТГИ1-2500/50 при номинальном дав­

При росте напряжения накала генератора водорода на

Рост постоянной времени при снижении давления в зна­ чительной мере связан с низкой плотностью газа в ка­ тодной области тиратрона.

Скорость нарастания тока через тиратрон в период коммутации определяется главным образом процесса­ ми, происходящими в тиратроне. Ее молено определить, пользуясь эквивалентной схемой, приведенной на рис.

III.21 [34].

В начальный период спа­ да напряжения на тиратро­ не, когда потенциал анода снижается по экспоненте, предлагается следующее со­ отношение:

«а = — Ае>1'л =

= U a - L ^ f - ( R + Z).

(III.17)

Тогда решая уравнение от­ носительно /а, получаем

Скорость образования плазмы, определяющая рост тока в тиратроне,

Из сравнения уравнений (III.20) и (III.22) видно, что

2=1/Та-

52

точного потенциала, при котором происходит отпира­ ние тиратрона. На переменном токе пользуются пуско­ вой характеристикой, где каждому мгновенному зна­ чению напряжения анода соответствует сеточное напря­ жение отпирания прибора [2].

Отпирание импульсного тиратрона (прибора с «токо­ вым управлением») происходит, когда постоянный ток, проходящий через пространство катод — сетка достигает определенной величины. Характеристика отпирания на постоянном токе пли статическая характеристика отпи­ рания имеет вид:

Пусковая характеристика в импульсном режиме так представлена быть не может, так как отпирание тира­ трона определяется не только мгновенным значением тока сетки, но и временем его прохождения через про­ странство катод — сетка. Импульсную пусковую харак­ теристику можно представить в виде зависимости на­ пряжения анода как от тока сетки, так и от времени его прохождения через пространство анод — сетка. На­ глядным представлением такой характеристики является трехмерная диаграмма, приведенная на рис. II 1.23. На

55