книги из ГПНТБ / Фогельсон, Т. Б. Импульсные водородные тиратроны

трон выдерживает повторное анодное напряжение 10 кВ. Уменьшение времени восстановления достигается увели­ чением значения Ес/Дс. Максимальное отрицательное сеточное смещение ограничивается зажиганием само­ стоятельного разряда между сеткой и катодом. Для большинства тиратронов | ЕС| макс| ^ 5 0 —100 В.

1 восмке

Рис. V1.3. Зависимость времени восстановления электрической прочиос ги тиратрона ТПП-700/25 от напряжения смещения.

Время восстановления зависит также от амплитуды анодного тока и давления газа, поскольку от этих фак­ торов зависит концентрация остаточной плазмы. Напри­ мер, повышение тока пли давления, сопровождаемое ростом концентрации заряженных частиц, приводит к увеличению времени восстановления. Некоторое влияние на время восстановления оказывают средний анодный ток и длительность импульса в связи с воздействием этих параметров на тепловой режим тиратрона. Разогрев электродов сопровождается перераспределением плот­ ности газа в разрядном объеме, изменяющим условия ионизации газа и рекомбинации заряженных частиц. Подробно характеристики восстановления электрической прочности тиратронов рассматриваются в разделе Х.6 .

VI.3. АВТОМАТИЧЕСКОЕ СЕТОЧНОЕ СМЕЩЕНИЕ

Для создания отрицательного смещения широкое применение получила схема (рис. VI.4, а), в которой источником отрицательного напряжения в послеразрядный период служит конденсатор, заряженный током раз­ ряда между сеткой и катодом. Ниже дается анализ схе­ мы автоматического смещения для равных длительностей сеточного и анодного импульсов. (На практике чаще

110

всего тсфтц, но при этом условии вывод окончательного выражения усложняется.)

Заряд конденсатора (эквивалентная схема заряда изображена на рис. VI.4, б) осуществляется от источни-

ка поджигающих импульсов. Считаем, что источник гене­ рирует прямоугольные импульсы с амплитудой Uc. На­

то дифференциальное уравнение, описывающее заряд конденсатора, имеет вид:

i l l

конденсаторе в момент подачи на сетку поджигающего импульса (рис. VI.5), является выражение

Чсп = и с ( с с т ,е ^ Г + (£/с _ Д£/С_ к) (l - e V ^ r) . (VI. 16)

В момент окончания сеточного поджигающего импуль. са t = напряжение на конденсаторе становится рав.

Рис. VI.5. Напряжение на сетке ис (а), ионный ток сетки /,• и юк короткого замыкания конденсатора на выходное сопротивление

Разряд конденсатора (эквивалентная схема разряда изображена на рис. VIA, в) начинается после окончания сеточного импульса. Однако, как и при постоянном се­ точном смещении, отрицательное напряжение на сетке появляется не сразу: первоначально напряжение между сеткой и катодом равно нулю (рис. VI.5, а). Это объяс­ няется тем, что вначале ионный ток сетки ц больше тока разряда конденсатора icп (рис. VI.5, б). Условие внешней цепи

выполняется благодаря электронной составляющей тока сетки. Напряжение конденсатора прикладывается пол­

112

ностью к выходному сопротивлению генератора поджи­ гающих импульсов (например, к нагрузке катодного повторителя Дкп на рис. VI.4,а).

Чем меньше tUJl, тем быстрее начинается восстановле­ ние электрической прочности тиратрона. Как правило,

Тд<#нпСп; в свою очередь значение иСо растет при уменьшении Сп. Поэтому, как следует из выражения (VI.21), уменьшение постоянной разряда конденсатора RKnCa ускоряет восстановление электрической прочности благодаря увеличению тока ic. Однако следует иметь в виду, что, начиная с некоторого минимального значе­ ния й?1ШСп, отрицательное напряжение на сетке не появ­ ляется вовсе, так как емкость успевает полностью раз­ рядиться за очень короткое время.

Как уже отмечалось, электрическая прочность зави­ сит от мгновенного значения отрицательного сеточного потенциала. Найдем форму сеточного напряжения при

Напряжение на сетке равно

Выралгение, описывающее разряд конденсатора, нахо­ дится из дифференциального уравнения, составленного на основе выражений (VI.23) — (VI.25).

Дифференциальное уравнение имеет вид:

где R = R Kn+ R y.

Решение уравнения следует искать при начальных условиях (время отсчитывается с момента, когда £—

Тогда

После подстановки производной от (VI.28) в (VI.26) получаем выражение, описывающее закон изменения напряжения автосмещенпя па сетке в интервале между импульсами:

(VI.29)

(напомним, что время отсчитывается с момента t= l,1Л). Все члены в этом выражении экспоненциально-убы­ вают во времени. Постоянная изменения двух первых из них одинакова и равна RCn. Первый член представляет собой напряжение на сетке в отсутствие сеточного тока. Второй и третий зависят от ионного тока сетки, постоян­ ной деионизации и уменьшают отрицательное автосме­ щение (—UCM па рис. VI. 5, а). Третий член оказывает влияние на скорость нарастания отрицательного смеще­ ния на сетке. Его влиянием можно пренебречь при t тд. Характер изменения ис показан на рис. VI.5, а. Другой путь, не связанный с расчетом, состоит в экс­ периментальном отыскании произведения RimCn, опти­ мального для данного режима работы тиратрона. Напри­ мер, для тиратрона типа ТГИ1-2000/35 оптимальное

значение Я,!пСп равно 60 мкс.

114

кающее на сопротивлении R3 (t/anoв на рис. VI.6 , б), подается на анод испытуемого тиратрона.

Повторное отпирание Л2 (П на рис. VI.6 , б) регистри­ руется П О изменению формы П а н о в '- конденсатор быстро разряжается через Л2 и сопротивления R u R2. Момент отпирания и напряжение на аноде Л2 измеряются осцил-

Рнс. VI.7. Схема для измерения повторного отпирания тиратрона.

лографом, подключенным к емкостному делителю Сх— С2. При t = t 5 на рис. VI.6 , б напряжение повторного, отпирания больше напряжения, подаваемого на анод тиратрона.

Косвенный метод основан на том, что при нулевом сеточном смещении восстановление электрической проч­ ности тиратрона определяется его статической характе­ ристикой отпирания и зависимостью электронного тока сетки в послеразрядпый период от времени.

ных кривых, одна из которых—-зависимость напряже­

разрядный период.

Электронный ток сетки в послеразрядпый период из­ меряется в схеме линейного модулятора. С этой целью в цепь сетки включают последовательно источник поло­ жительного смещения Ес и сопротивление Rc■Осцилло­ грамма напряжения между сеткой и катодом в после-

ный ie— EcJRc. Изменяя Ес и Rc, получают зависимость ie= f(t).

Косвенный метод поясняется рис. VI.8 на примере

116

построения точки с координатами ( и а пов-~ U], t= t\) на кривой восстановления электрической прочности. С этой целью по кривой ie— f(t) находится ток iu соответству­ ющий этому моменту времени. Затем с помощью стати­ ческой характеристики С/а om— f(ie) отыскивается иско-

Рис. V1.8. Зависимость напря­ жения повторного отпирания тиратрона от времени, построен­ ная с помощью эксперимен­

мое напряжение U\, значение которого переносится на ось Uъпов кривой восстановления.

Оба метода и прямой и косвенный дают близкие ре­ зультаты. Недостаток косвенного метода заключается в том, что с его помощью находится кривая восстанов­ ления только для нулевого смещения на сетке.

Г л а в а VII. РАССЕЯНИЕ М О Щ Н О СТИ В ТИРАТРОНЕ

VII.1. СТАРТОВЫЕ ПОТЕРИ, ПОТЕРИ В ПЕРИОД ПРОВОДИМОСТИ И ПОСЯЕИМПУЯЬСНЫЕ ПОТЕРИ МОЩНОСТИ В ТИРАТРОНЕ

Энергию, рассеиваемую в водородном тиратроне в результате прохождения импульса тока, условно разде­ ляютна три составляющие: потери в период формирова­ ния разряда, или «стартовые потери», W0T\ потери при импульсном разряде с установившимся амплитудном зна­ чением силы тока, или «потери в период проводимости», Wnp; потери в период после окончания импульса тока, или «послеимпульсные потери», Ц70 бР (рис. VI 1.1). По­ мимо потерь из разряда на электродах тиратрона выде­ ляется тепло, излучаемое катодом Ря, а при заметной

117

термоавтоэлектронноп эмиссии могут возникнуть потери энергии в период заряда линии P3ap. Суммарные потери мощности в тиратроне, таким образом, равны

где / п — частота следования импульсов.

Рассмотрим составляющие потерь.

Стартовые потери (№ст) разделяют на коммутацион­ ные, связанные с развитием в тиратроне газового разря­ да, и емкостные, вызываемые разрядом через тиратрон

междуэлектродной емкости и паразитной емкости схемы Са-с (рис. VII.2), который происходит при возникнове­ нии проводимости тиратрона *.

Коммутационные потери (WKOm). В период формиро­ вания разряда (период коммутации) анодное напряже-

118

нне и ток через тиратрон представляют собой перемен­ ные величины. Напряжение снижается от максимально­ го значения Ua до напряжения горения установившего­ ся газового разряда ЛЙа_1;. Ток через тиратрон за этот период успевает увеличиться до значительной величины. Энергия, затрачиваемая на формирование каждого им­ пульса, определяется выражением

Здесь ia (t) и «а( 0 — мгновение значения тока через тиратрон и напряжения на нем; to— — период комму­ тации. При высоких анодных напряжениях и большой

Рис. VII.2. Варианты включения тиратрона.

скорости нарастания тока энергия №ком может быть очень велика, достигая нескольких джоулей.

Точных аналитических выражений для ia(t) и ua(t) в настоящее время не существует. При расчетах потерь применяется та или иная аппроксимация кривых ia(t)

иua(t), а также учитывается влияние параметров схемы.

Вболее ранних работах использовалась линейная аппроксима­ ция роста тока и спада напряжения. Если обозначить амплитудные

119