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

Т а б л и ц а X .!

Параметры импульсных тиратронов

мый сеточный ток растет от 0,06 до 12 А. При этом коэф­

тиратронов.

Для каждого типа тиратрона указывается минималь­ ная скорость нарастания сеточного напряжения dUc/dt и длительность сеточного импульса т0. Эти 'параметры измеряются при ненагруженном генераторе импульсов (тиратрон отключен). Обычно длительность нарастания Uc от нуля до 0,8±0,9 амплитудного значения состав­ ляет 0,3—0,5 мкс, а длительность всего импульса тс ле­ жит в пределах от 1 до 16 мкс.

Для всех типов тиратронов, приведенных в таблице, напряжение накала катода и генератора водорода, если он имеет отдельный вывод, равно 6,3 В. Допустимые от­ клонения UHравны ±0,3 В для большинства типов тира­ тронов. Среднее значение тока накала катода указано в столбце 8 , а время разогрева катода при номинальной мощности накала приведено в столбце 9. Наконец, га­ баритные размеры тиратронов и их максимальный вес даны в столбцах 10, 11 и 12 табл. Х.1.

Г л а в а XI. ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ

ТИРАТРОНОВ

XI.1. МОДУЛЯТОР С ПОЛНЫМ РАЗРЯДОМ НАКОПИТЕЛЬНОЙ ЕМКОСТИ

Наиболее распространенной схемой, в которой при­ меняются импульсные тиратроны, является модулятор с полным разрядом накопительной емкости, или линей­ ный модулятор. Формирование импульса в линейном мо­ дуляторе осуществляется с помощью искусственной ли­ нии, состоящей из ряда сосредоточенных емкостей и ин­ дуктивностей. Существует множество разнообразных сочетаний индуктивностей и емкостей, которые можно считать эквивалентом длинной линии с распределенны­ ми постоянными L и С. Простейшее из них это серия включенных последовательно ячеек, равных Ь0 и С0 (рис. XI.1). Линия такого типа часто применяется в ра­

182

диоаппаратуре и используется для испытания импульс­

ных тиратронов.

Заряд линии осуществляется через зарядный дрос­ сель от источника постоянного тока. Математический анализ процессов в зарядной и разрядной цепях моду­ лятора подробно изложен в [1, 107] и др. Не повторяя его, воспользуемся лишь конечными результатами.

Заряд линии. При изучении режима работы заряд­ ной цепи пренебрегают индуктивностью формирующей лпнин и нагрузки по сравнению с индуктивностью за­ рядного дросселя, считают, что разрядник — идеальный ключ, мгновенно деионизирующийся после окончания разряда линии, а зарядный дроссель имеет постоянную индуктивность L3ар, не зависящую от тока (линейный дроссель). В зависимости от соотношения частоты по­ вторения импульсов /п, разряжающих формирующую ли­ нию, с частотой колебаний контура, образованного за­ рядной индуктивностью L3ap и суммарной емкостью фор­ мирующей линии Сл, возможна различная форма на­ пряжения и тока заряда линии (см. рис. XI.1).

[п в два раза превышает собственную частоту колеба­ ний контура 7-зарСл, имеет место резонансный заряд (рис. XI.1,6). Напряжение на линии нарастает по коси­ нусоидальному закону. Ток в зарядной цепи в момент

183

В том случае, когда индуктивность дросселя L;)ap больше L3ap(Pe3), происходит линейный заряд (рис. X1.1, в ). К моменту отпирания тиратрона формирующая линия продолжает заряжаться и напряжение на ней растет. Ток в зарядном дросселе при линейнЬм заряде никогда не становится равным нулю. При L3ap меньше L3aP(peэ), период заряда линии становится больше полупериода собственных колебаний контура L3ap Сл. Во избежание разряда линии при напряжении, меньшем чем С/а, после­ довательно с зарядным дросселем ставится диод, пре­ пятствующий изменению направления зарядного тока. Такая форма заряда носит название диодного заряда

(рис. XI. 1, а).

Рассмотрим влияние формы зарядного напряжения на работу импульсного тиратрона.

Резонансный заряд является наиболее предпочтитель­ ным -по следующим причинам. При резонансном заряде минимальна скорость нарастания положительного на­ пряжения на тиратроне после прохождения импульса тока, вследствие чего увеличивается время для восста­ новления его электрической прочности. В момент разря­ да формирующей линии разрядный ток равен нулю, бла­ годаря чему при пропуске импульса в тиратроне на фор­ мирующей линии не возникает перенапряжение.

Преимущество линейного заряда заключается в воз­ можности при одном и том же значении индуктивности зарядного дросселя работать с разной частотой следо­ вания импульсов тока. Однако скорость нарастания на­ пряжения после прохождения импульса тока при линей­ ном заряде больше, чем при резонансном. Это застав­ ляет вводить такое рассогласование между волновым сопротивлением формирующей линии и сопротивлением нагрузки, в результате которого на аноде тиратрона после окончания импульса тока возникает отрицатель­ ное напряжение и появление положительного напряже­ ния на тиратроне поэтому задерживается.

Недостаток линейного заряда заключается в том, что если при значительном отрицательном напряжении про­ изойдет однократное обратное зажигание тиратрона и линия быстро разрядится, то крутой рост напряжения (по линейному закону) в момент, когда еще не произо­ шло полностью восстановление электрической прочно­ сти, может привести к переходу тиратрона в режим не­ прерывного горения. Недостатком линейного заряда яв­ ляется также то, что в момент окончания импульса тока

181

анода зарядный ток не равен нулю; это затрудняет де­ ионизацию тиратрона. При пропуске импульса на линии возникает перенапряжение.

Диодный заряд имеет преимущества резонансного заряда и допускает регулирование частоты. Зарядный ток в момент разряда формирующей линии равен нулю-.. Перенапряжение на тиратроне при пропуске импульса не возникает. Однако уменьшение индуктивности дросселя Дзар должно происходить лишь в разумных пределах. С уменьшением L3ap увеличивается крутизна нарастания: напряжения на тиратроне после прохождения импульса тока. Если кривая восстановления электрической проч­ ности расположена правее зарядной кривой, возникает повторное отпирание тиратрона. Для того, чтобы это не происходило, следует выполнять соотношение

импульсов при заданном значении импульсной мощно­ сти. Недостатком диодного заряда является то, что на аноде тиратрона длительное .время дежурит постоянное напряжение. При этом вероятность нарушения электри­ ческой прочности больше, чем при косинусоидальной или линейной форме напряжения.

Форма тока заряда линии, приведенная на рис. XI.Д получена в предположении линейности зарядного дрос­ селя. Если средний ток зарядного дросселя превышает ток насыщения примененного в нем стального сердеч­ ника, форма зарядной кривой искажается. Для стабиль­ ной работы зарядной цепи модулятора с точным вос­ произведением формы зарядной кривой, необходима ли­ нейность зарядного дросселя.

Однако существуют условия, когда применение не­ линейного дросселя в цепи заряда целесообразно. Выше отмечалось, что до восстановления электрической проч­ ности тиратрона после прохождения импульса токаподъем напряжения анода следует задерживать. Одним из способов задержки является включение нелинейногодросселя L'эар последовательно с основным зарядным дросселем L3ap по схеме, приведенной на рис. XI.2, а.

Дроссель L'gap имеет до насыщения сердечника боль­ шую индуктивность. Тогда период заряда формирующей

линии 7’заР=яУ(Е'эар+Езар) Сл велик, и напряжение на линии возрастает медленно. После насыщения сердечника индуктивность Z/3ap резко уменьшается и крутизна роста

185

зарядного напряжения определяется дросселем L3ap (форма кривой заряда дана на рис. XI. 2,6). К началу очередного зарядного цикла Z/3ap возвращается в нена­ сыщенное состояние.

Цепь разряда. При анализе разряда формирующей линии в первом приближении рассматривается длинная линия без потерь, замыкаемая на активную нагрузку. За-

h

Рис. XI.2. Применение нелинейного дросселя в цепи заряда форми­

рующей линии:

/

а —принципиальная схема включения нелинейного дросселя £зар > б—форма за­ рядной кривой.

мыкание заряженной длинной линии на активную нагрузку создает на ней колебания прямоугольной формы. Форма импульса тока и напряжения на нагрузке опреде­ ляется соотношением между волновым сопротивлением линии и сопротивлением нагрузки. При равенстве сопро­ тивления нагрузки Ru и волнового сопротивления фор­

мирующей линии Z = У Ь0/С0 ток через нагрузку пред­ ставляет собой импульс прямоугольной формы, ампли­ туда которого /a= l / a/'2Z, где На — напряжение на линии. Длительность импульса х = 26, где б — время распро­ странения волны вдоль линии в одном направлении.

При рассогласовании сопротивления нагрузки с вол­ новым сопротивлением линии разряд линии имеет сту­ пенчатый характер за счет отражения импульса на кон­

186

цах линии. В случае /?н > Z ступени напряжения имеют тот же знак, что и основной импульс, а при RH< Z на­ пряжение и ток многократно меняют знак. Форма тока и напряжения при разряде дана на рис. XI. 3, а.

Рис. XI. 3. Разряд формирующей линии на омическую на­ грузку:

Когда в качестве разрядного устройства используется тиратрон, обладающий односторонней проводимостью, при Ru <с Z линия перезаряжается лишь один раз, после чего начинает вновь заряжаться с отрицательного на­ пряжения.

Режим согласования сопротивления нагрузки с вол­ новым сопротивлением линии, когда RK = Z, является наиболее выгодным, гак как при нем в нагрузку пере­ дается максимальная мощность. При рассогласовании часть энергии, запасенной в формирующей линии, рас­ ходуется на отраженные импульсы.

Применять режим Rn > Z в модуляторах, использую­ щих импульсные тиратроны, нельзя. В этом случае уве­ личивается длительность прохождения тока через тира­ трон, растут потери в нем и не успевает восстановиться электрическая прочность.

187

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