2. Импульсные водородные тиратроны

[1] Отдельную группу тиратронов составляют импульсные тиратроны. Они предназначены для получения кратковременных электрических импульсов большой мощности и применяются в радиолокационных устройствах в цепях модуляторов, генераторов развертки, датчиков импульсов, формирующих устройств и других схемах. Работа в этих устройствах характеризуется значительной импульсной нагрузкой при малых значениях средних токов анода. В импульсном режиме ток анода может достигать значений в несколько сотен ампер, тогда как средний ток анода не превышает одного ампера. При этом длительность импульсов колеблется в пределах от 0,15 до 30 мкс при частоте повторения импульсов от десятков до нескольких тысяч герц.

1. Особенности работы

Для возникновения разряда между анодом и катодом необходимо вначале подать между сеткой и катодом положительный импульс напряжения, создающий вспомогательный разряд в этом промежутке; затем разряд возникает в основном промежутке.

Время запаздывания тока анода по отношению к импульсу напряжения сетки зависит от параметров сеточной цепи, напряжения накала, напряжения анода, тока анода и частоты повторения импульсов. Чтобы уменьшить время запаздывания и сделать его более стабильным, нужно повысить крутизну фронта напряжения сетки и значение импульсного тока сетки.

Зажигание тиратрона должно происходить на фронте сеточного импульса, а не на его плоской части. Это ограничивает периодическую нестабильность (разброс фронта импульса тока анода от импульса к импульсу).

Периодическая нестабильность уменьшается с ростом напряжения анода, тока сетки и крутизны фронта импульса напряжения сетки.

После прохождения импульса тока необходимо задержать появление на аноде положительного напряжения до тех пор, пока восстановится электрическая прочность тиратрона. С этой целью при эксплуатации обычно предусматривается небольшое (около 5%) рассогласование сопротивления нагрузки с волновым сопротивлением формирующей линии. Благодаря этому вслед за прохождением импульса тока на аноде тиратрона кратковременно создается обратное (отрицательное) напряжение, задерживающее появление положительного напряжения.

При импульсной работе необходимо минимальное время возникновения разряда тиратрона, поэтому баллоны импульсных тиратронов наполнены водородом, характерным высокой подвижностью ионов, в связи с чем обеспечена высокая скорость деионизации (времени восстановления управляющих свойств сетки). Некоторые импульсные тиратроны, как исключение, наполняются инертными газами.

Характерной особенностью импульсных тиратронов с водородным наполнением является жестчение водорода, т. е. поглощение его продуктами испарения и распыления оксидного катода и остальных электродов. Испаряющиеся с оксидного катода барий и стронций сильно поглощают водород, в связи с чем в тиратроне меняется давление газа и изменяются пусковые характеристики. Поэтому мощные импульсные тиратроны имеют внутри баллона так называемый генератор водорода, поддерживающий давление водорода в колбе практически неизменным в течение всего срока службы тиратрона.

Генератор водорода выполнен в виде металлической ампулы из тонкой никелевой жести с порошком гидрата титана, внутри которой помещается подогреваемая электрическим током алундированная бифилярная спираль. Водород, обильно выделяющийся из гидрата титана при его нагреве, через щель в никелевом цилиндрике поступает в тиратрон. В нерабочем состоянии или после выключения накала водород, находящийся в баллоне, поглощается гидратом титана, и в баллоне создается высокий вакуум. Накал водородного импульсного тиратрона включается на 3—5 мин до подачи анодного напряжения, после чего давление водорода в баллоне достигает необходимой величины.

Напряжение накала в процессе эксплуатации не должно изменяться больше, чем на 5%, во избежание нарушения правильного режима работы вследствие отклонения давления газа от нормального значения. Для компенсации воздействия температуры окружающей среды и стабилизации накала генератора водорода последовательно с подогревателем генератора водорода включается проволочный резистор с высоким температурным коэффициентом сопротивления, размещаемый вне оболочки прибора (обычно в цоколе). Подогреватель генератора водорода с компенсирующим сопротивлением включается параллельно накалу тиратрона либо имеет отдельный вывод, что позволяет осуществлять питание генератора от отдельного стабилизированного источника.

Сетка тиратрона имеет малую проницаемость, так что поле анода практически не действует в прикатодной области. Поэтому без подачи отрицательного смещения при нулевом потенциале сетки тиратроны выдерживают высокие напряжения между анодом и катодом. Большие значения анодных токов обусловливают применение либо многодырчатого либо многорешетчатого типа сетки. При этом последний тип сетки более характерен для приборов большой мощности, в то время как многодырчатые сетки применяются, в основном, в тиратронах малой и средней мощности.

Преимущества многорешетчатых сеток заключаются в меньшей массе сетки, в меньших пусковых токах, в меньших падениях напряжения в сетке, а следовательно, в меньшем нагреве сетки в разряде и, наконец, в более равномерной загрузке анода. Такие сетки представляют собой никелевое или молибденовое полотно, приваренное к никелевому кольцу сетки. При этом должны быть приняты меры к тому, чтобы полотно не прогибалось, а сварка каждой нити полотна была надежной. В противном случае при малых расстояниях возможны короткие замыкания между сеткой и анодом. В тиратронах большой мощности с большим диаметром сеточного кольца допускается укрепление полотна никелевыми уголками, привариваемыми крест-накрест (рис. 7).

Рис. 7. Внешний вид многорешетчатой сетки

Для получения соответствующей пусковой характеристики тиратрона при сетке со сравнительно большими отверстиями перед ней помещается экранирующий диск, размеры которого таковы, что он несколько перекрывает отверстия в управляющей сетке. Этот диск электрически связан с сеткой и выполняет роль пускового электрода. От его расположения относительно сетки во многом зависит анодный ток зажигания и соответствующий ему пусковой ток сетки (рис. 8).

Рис. 8. Трехэлектродная конструкция тиратрона с экранирующим диском: А - анод; К - катод; 1 - управляющий электрод; 2 - экранирующий диск

Аноды импульсных тиратронов выполняются из молибдена и никеля. Катоды – оксидные, косвенного накала, допускают кратковременный отбор тока больших величин.

Работа импульсных тиратронов характеризуется импульсной мощностью, наибольшей частотой повторения импульсов, крутизной нарастания переднего фронта импульса анодного тока и его возможной минимальной длительностью. Качество импульсного тиратрона тем выше, чем больше значение этих параметров.

Важным параметром тиратрона является запаздывание анодного тока по отношению к импульсу напряжения на сетке, выражающееся в нескольких десятых долей микросекунды, необходимых для развития ионизационных процессов в разрядном пространстве и для перемещения положительных ионов в область электронного объемного заряда у катода для его нейтрализации.

Импульсные тиратроны имеют положительную пусковую область зажигания, обусловленную особенностью конструкции управляющих электродов (сеток).