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

подогревателем, должна быть изготовлена из металла, не образующего эвтектического соединения с титаном при температурах до 900—1000° С.

Г лав а X. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ИМПУЛЬСНЫХ ТИРАТРОНОВ

Х.1. ДИАПАЗОН РАБОЧИХ ДАВЛЕНИЙ И ВЫБОР РАБОЧЕЙ ТОЧКИ

Устойчивая работа тиратрона в качестве коммутиру­ ющего прибора в импульсном режиме, допускаемом его предельными характеристиками: импульсным и средним значением тока анода, напряжением анода и частотой следования импульсов, зависит от давления водорода.

При повышении давления снижается электрическая прочность тиратрона и увеличивается время восстанов­ ления электрической прочности. При некотором крити­ ческом давлении сетка перестает управлять разрядом. Тиратрон из импульсного режима с частотой, определя­ емой сеточным запуском, переходит либо в режим ра­ боты с частотой, превышающей частоту генератора под­ жигающих импульсов, либо в режим непрерывно горя­ щей дуги.

С уменьшением давления растет время развития раз­ ряда в тиратроне. При определенном давлении возраста­ ет нестабильность времени развития разряда от импуль­ са к импульсу, достигая нескольких сотых микросекунды («размытие» фронта импульса тока). Увеличение вре­ мени спада напряжения при очень низких давлениях вы­ зывает искажение формы импульса тока анода. Кроме того, если длительность развития разряда превышает длительность сеточного импульса, возможны отдельные пропуски отпирания тиратрона, приводящие к перена­ пряжению на формирующей линии. Наконец, с уменьше­ нием давления растет мощность, выделяющаяся на электродах тиратрона, что вызывает их перегрев (по­ краснение анода в стеклянных тиратронах). При боль­ шой длительности импульса возможно появление обры­ вов тока в сетке и искрение катода.

Создавая тиратрон, следует стремиться к тому, чтобы он работал устойчиво в возможно большем диапазоне

160

давлений, так как в процессе работы нёизбежны колеба­ ния давления за счет изменения напряжения накала ге­ нератора водорода и при изменении замыкаемой тират­ роном мощности, оказывающей влияние на температуру генератора [106].

Диапазон давлений, в котором импульсный тиратрон работает устойчиво с частотой, задаваемой генератором сеточных импульсов, без перехода из режима импульс­ ной работы в режим дугового разряда («срыв импульс­ ной работы»), без искажения импульса тока анода и пропусков отпирания, при отсутствии искрения катода, обрывов тока в сетке и видимого на глаз перегрева (по­ краснения) анода, носит название диапазона рабочих давлений.

Ширина диапазона рабочих давлений является глав­ ным обобщенным критерием свойств импульсного тират­ рона, как в процессе его разработки, когда сравнива­ ются различные варианты конструкции, так и при серий­ ном выпуске приборов. Она определяет имеющиеся в тиратроне запасы по электрической прочности, частот­ ным свойствам, тепловым потерям.

О давлении можно судить по напряжению накала ге­ нератора водорода. На рис. Х.1 приведена зависимость давления от напряжения накала генератора водорода для тиратронов типа ТГИ1-325/16, ТГИ1-1000/25 и ТГИ1-2500/50 и их диапазоны рабочих давлений в номи­ нальном электрическом режиме.

Рабочее давление в тиратронах различных типов за­ метно отличается. Оно зависит от номинальных парамет­ ров тиратронов и от распределения плотности газа меж­ ду электродами. В тиратронах ТГИ1-1000/25 и ТГИ1-2500/50 с охлаждаемыми электродами рабочее давление ниже, чем в тиратроне ТГИ1-325/16.

Диапазон давлений сильно зависит от мощности, за­ мыкаемой тиратроном. На рис. Х.2 приведена зависи­ мость верхнего и нижнего предела давления от напря­ жения анода (импульсной мощности) для тиратрона ТГИ 1-2500/50.

Давление водорода в тиратронах одного типа при од­ ном и том же напряжении накала генератора водорода может колебаться от прибора к прибору из-за измене­ ния температуры титана, происходящего по ряду при­ чин: разброс тока накала генератора, неточность уста­ новления начальной концентрации водорода в титане, разные коэффициенты излучения поверхности генерато-

ра и т. д. В связи с этим в каждом приборе измеряется диапазон напряжений накала генератора Д£/нг при но­ минальной импульсной и средней мощности.

Напряжение накала генератора, которое устанавли­ вается для данного прибора («рабочая точка»), обычно определяется как среднее арифметическое значение меж-

Т Г И 1-1000/25

"нг.В

Рис. X. 1. Диапазон ра­ бочих давлений:

а —нижыий предел, б — ра­ бочая точка, в — верхний предел.

ду верхним и нижним пределами t/nr. В некоторых слу­ чаях, особенно в мощных тиратронах, рабочую точку следует выбирать несколько ближе к верхнему пределу для повышения надежности работы катода и уменьше­ ния стартовых потерь.

Для гарантии надежной работы тиратрона с постоян­ ной рабочей точкой нужно, чтобы AUHr не менее, чем в 3—4 раза, превышал колебания Днг> возникающие за

162

счет изменения питающих напряжений. Рабочая точка обычно соответствует напряжению накала генератора, равному 3—4 В (половина напряжения накала катода).

Установление рабочего напряжения генератора водо­ рода осуществляется включением последовательно с

Пилений предо» ---------— :

—

1 0 10 20 30 чо 50

нитыо накала генератора сопротивления, расположенно­ го вне тиратрона. При работе с тиратроном изменение сопротивления не допускается. Уход от оптимально­ го давления с целью повысить электрическую проч­ ность тиратрона или уменьшить потери в нем, может при­ вести к тому, что давление в тиратроне приблизится к верхнему или нижнему пределу, когда не может быть га­ рантирована долговечность тиратрона.

Сопротивление в цепи генератора водорода часто используется для стабилизации температуры титана. Температура титана в тиратроне изменяется за счет колебаний напряжения накала и изменения темпера­ туры окружающей среды. Для стабилизации темпера­ туры могут быть применены два способа. Первый спо­ соб— стабилизация напряжения накала подогревателя. Для этой цели последовательно с нитью накала вклю­ чается бареттер. Если ток накала бареттера отличает­ ся от тока накала подогревателя генератора, то парал­

лельно ему включается сопротивление. Вторым спосо­ бом является компенсация изменения окружающей тем­ пературы. Для этого сопротивление, включаемое после­ довательно с нитью накала, изготавливается из металла

свысоким температурным коэффициентом и помещается

вцоколь прибора, к которому существует свободный до­ ступ окружающего воздуха. Наиболее часто в качестве такого «компенсирующего» сопротивления применяется медная проволока.

Сопротивление рассчитывается таким образом, что­ бы его изменение при колебаниях температуры окру­ жающей среды приводило к соответствующему умень­ шению или увеличению напряжения накала генератора водорода. Проволочное сопротивление должно обяза­ тельно иметь минимальную индуктивность для того, чтобы на напряжение накала генератора не влияла час­ тота питающего напряжения.

На рис. Х.З приведены схемы включения генерато­ ра водорода для обоих способов стабилизации UHr. В большинстве тиратронов применяется второй способ.

Рис. Х.З. Схема стабилизации накала генератора водорода с по­ мощью бареттера (а) и компенсирующего сопротивления (о):

] —генератор водорода, 2 —бареттер; 3 —сопротивление, '/ —компенсирующее сопротивление.

Следует отметить, что для всех импульсных тиратро­ нов желательна стабилизация источника питания гене­ ратора водорода. В приборах большой мощности, где постоянство давления особенно важно, для удобства стабилизации UHr делается отдельный вывод накала генератора водорода.

164

лебаниях напряжения накала на ±5% от номиналь­ ного значения не превышает несколько процентов.

Зависимость t3 от напряжения анода и импульсной мощности. На рис. Х.5 приведена зависимость сред­ него значения запаздывания от напряжения анода для пяти типов тиратронов: ТГИ1-500/20, ТГИ1-700/25,

менно с Ua менялась импульсная мощность тиратронов. Из этой характеристики видно, что величина t3 остает­ ся практически постоянной при снижении напряжения анода от номинальной величины до 30% (соответствен­ но спада импульсной мощности до 10%)- Зависимость запаздывания от анодного напряжения более резкая в тиратронах с малой проницаемостью сетки. Уменьше­ ние анодного напряжения до 10—15% от номиналь­ ного значения приводит к росту запаздывания во всех типах тиратронов.

Тепловой уход запаздывания при разогреве тират­ рона анодным током объясняется ростом температуры катода и перераспределением плотности водорода. Обычно в процессе установления теплового режима ти­ ратрона t3 несколько уменьшается. Измерение теплового ухода производится с момента установления номиналь­ ной импульсной мощности. На рис. Х.6 приведено уста­ новление t3 во времени для тиратронов ТГИ 1-700/25, ТГИ1-500/20 и ТГИ1-2500/50. За начало отсчета при­ нят момент, когда па тиратрон мгновенно подается но­

166

минальная импульсная мощность. В тиратроне ТГИ1-500/20 запаздывание устанавливается не более чем за 1 мин. Изменение запаздывания за это время не

плитуда тока сетки равна ЮА. Она выбрана с целью получения минимального от­

клонения запаздывания от тиратрона к тиратрону.

Изменение запаздывания ta при испытании на дол­ говечность. На рис. Х.8 приведены результаты измере­ ния запаздывания и его установления во времени при испытании на долговечность тиратрона ТГИ1-500/20.

167

Характер изменения запаздывания типичен для боль­ шинства типов тиратронов.

Запаздывание несколько растет с течением време­ ни, однако для всех испытанных образцов этот рост не превышает нескольких сотых долей микросекунды за каждые 1000 ч работы. Время установления запаздыва-

5

168

ния в течение всего периода испытаний остается по­ стоянным и не превышает одной минуты. Если в про­ цессе испытания на долговечность какого-либо тират­ рона t3 или его установление во времени начинает быстро расти, это является опасным симптомом. В боль­ шинстве случаев такой рост t3 и tyCT (рис. Х.8 , б) свиде­ тельствует о значительном снижении давления водоро­ да. Другой причиной повышения t3 и /уот может быть потеря эмиссии катода, которая приводит к увеличе­ нию времени развития разряда. Следует подчеркнуть, что время развития разряда в тиратроне, определяю­ щее величину /3, является более чувствительной харак­ теристикой эмиссионной способности катода, чем паде­ ние напряжения на тиратроне.

Х.З. РАЗБРОС ФРОНТА ТОКА АНОДА

Непостоянство времени развития разряда в тират­ роне вызывает нестабильность запаздывания анодного тока по отношению к сеточному напряжению от им­ пульса к импульсу, которую можно наблюдать на ос­

нием переменного магнитного поля подогревателя ка­ тода на возникновение разряда между катодом и сет­ кой. Для уменьшения воздействия магнитного поля тока накала на стабильность развития разряда подогре­ ватели катода делаются с минимальной индуктивно­ стью (обычно используется бифилярная намотка). Од­ нако полностью устранить магнитное поле не удается.

Для большинства тиратронов разброс фронта At3 не превышает 5-10- 9 с*. Его значение несколько умень­ шается с ростом напряжения анода, давления водорода,

* В первых типах импульсных тиратронов измерение At3 произ­ водилось с недостаточной точностью. До настоящего времени пас­ портные данные для некоторых тиратронов содержат завышенные значения А/3. Так, для тиратронов ТГИ1-325/16, ТГИ1-400/16, ТГИ1700/25 н ряда других значение Д/а составляет по паспорту

2—4 • 10-8 с.

169