Регулировка задержки появления искры потенциалом добавочного электрода в промежутке Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА

Том 180

1971

РЕГУЛИРОВКА ЗАДЕРЖКИ ПОЯВЛЕНИЯ ИСКРЫ ПОТЕНЦИАЛОМ ДОБАВОЧНОГО ЭЛЕКТРОДА В ПРОМЕЖУТКЕ

(Представлена научным семинаром научно-исследовательского института ядерной физики, электроники и автоматики при ТПИ)

В высоковольтных наносекундных импульсных устройствах необходимо иметь регулируемое время задержки появления искры в промежутке относительно момента прихода импульса напряжения (например, срезающие устройства [1]) или иметь постоянным это время при изменении амплитуды импульса (заострители [2]). Если величина фототока с катода достаточна, чтобы устранить статистическую составляющую времени , то при равномерном поле в промежутке для прямоугольного импульса напряжения при стримерном пробое [3, 4]

в для линейного фронта длиной £ф с медленным нарастанием, когда коэффициент импульса близок к I.

Здесь /—функция, которая зависит от сорта газа; р — давление; 6 — длина промежутка; иа — амплитуда импульса; . (рб) —статическое пробивное напряжение, которое зависит от произведения рд (кривая Пашена).

Из (1) и (2) следует, что при неизменных параметрах импульса время ¿3 можно регулировать величинами р и б. Для отпаянных устройств эти методы непригодны для регулировки 1Ъ. В настоящей работе рассматривается метод регулировки величины при неизменных р и б потенциалом добавочного среднего электрода в промежутке.

Принципиальная схема устройства приведена на рис. 1, а. При поступлении импульса и(/) разность потенциалов на первом промежутке составит 1](1) — £/0. Если + то после пробоя промежутка 61 средний электрод заряжается до потенциала £/(/), что обеспечивает пробой промежутка 62. Обозначим статические пробивные напряжения промежутков через ил?.\., и иу[,.2. Величина и0 не должна превышать статического пробивного напряжения наиболее короткого промежутка, чтобы не вызывать его самопроизвольного пробоя.

Рассмотрим ка примерах, как выбирается соотношение между о, и о2 в зависимости от условий регулирсвки. Так как при да 1110x1 давлении связь между £/пр и о однозначна (кривая Пашена), то для 62

Г. С. КОРШУНОВ, Г. А. МЕСЯЦ

(1>

7? "пр (/*)•

(2)

а

определения соотношения между 81 и о2 достаточно установить соотношение между ипрл и ¿Упр.а. Пусть при неизменной амплитуде пря-

д д2 ЛЬ

ош 0)

и,

в

"Л

Рис. I. а—Принципиальная схема, б—схема эксперимента

моуголыюго импульса иа необходимо обеспечить некоторый интервал задержки.

Перенапряжения на промежутках и о2 запишутся так:

и np.t i^np.l ¿/пр.2

где и0 — наибольшая величина потенциала добавочного электрода, Рь ßi и Рг — перенапряжения, соответственно, на при наименьшем t3, на при наибольшем t3 и на 82. Выберем ß2 так, чтобы запаздывание пробоя промежутка о2 было много меньше наименьшей величины t3. При этом ßi будет примерно равно перенапряжению на 51 при наименьшей величине t3. Кроме того, очевидно, что ßj^l, так как при этом можно получить t3 сколько угодно большим. Тогда

ßl + 1

Рассмотрим другой пример. Пусть нужно иметь t3 const при изменении амплитуды импульса в интервале £/а.тах Ua,min. Если пренебречь, как и в предыдущем случае, влиянием запаздывания пробоя промежутка S2 на t3% то необходимо иметь постоянным перенапряжение на промежутке öj. При этом из (3) и (З1) следует:

г т U шах U а. min тт U а. min / л\

ип?Л = -—-t ^пр.2 = —- . W

Г 2

Величина выбирается из условия получения заданной задержки t3. Так как в обоих случаях ß2 > Рь то ¿Упр.2<^пРл и £/0~^/пР,2.

Определим еще соотношение между ипрЛ и i/np.2 при соблюдении (2), равенства времени ¿3, длительности фронта импульса и условии получения наибольшего отношения а'тах.

U а. min

Условие пробоя 1-го промежутка запишется так:

иа - i/o = f/прл. (5 )

Так как необходимо иметь

ö.min»

f/np.i < U а.min i i/o, ( '

то гг^< 1» i/o - i/пр.2* Определяя из (5) ¿7a.max при £/0ж£/пр.2 и ком-

£/ прЛ

бинируя это выражение с (6), найдем:

£/прЛ _ 2 ^/д.тах_ ß

i/np.2 i/ß.min

Следовательно, при длинном фронте импульса, когда время развития разряда в промежутке много меньше длительности фронта импульса tф> при неизменной длине зазоров можно иметь трехкратное изменение амплитуды при задержке появления искры

Экспериментальная схема представлена на рис. 1, б.

Исследования проводились с разрядником, наполненным азотом. Стальные электроды диаметром 8 мм имели скругленные края. Длины промежутков 6i и б2 регулировались и могли подсвечиваться искрой. Подсветка осуществлялась так же, как в работе [5], за ~ 70 нсек до прихода импульса на исследуемый разрядник. Напряжение поджигающего импульса распределяется по поджигающим промежуткам (с электродами остриё — остриё) и вызывает пробой одного из них, после чего автоматически пробивается другой.

При фиксированной величине 6i и б2 исследуемые импульсы имели положительную полярность, длительность 300 нсек и длительность 64

фронта 0,7 нсек. Использовались осциллографы С1-14 и ОК-19М с разрешением соответственно 10 ~ 10 сек и 10 ~ 9 сек.

На рис. 2 представлены зависимости ¿3 (£/0) для амплитуды Vа~ ~ 20 кв при давлении азота 6 и 11 ат и и прЛ = 14 кв., и пр.2 = 7 кв Из-за малой величины зазоров 61 и 62 устранить полностью статистическую составляющую времени 1з не удавалось. При р=г1 ат она устраняется полностью. На рис. 2 кривые проведены через точки наименьших из наблюдаемых ¿з (из 15 отсчетов). На рис. 2 приведены также зависимости иа при различных

для давления азота 6 ат. Так как запаздывание пробоя б2, много меньше, чем 61, то в соответствии с (1) экспериментальные точки лежат на прямых линиях. При больших отрицательных значениях потенциала среднего электрода время Iз слабо уменьшается с ростом этого потенциала. Зто объясняется тем, что составляющая ¿з обусловленная пробоем 62, остается неизменной и вно- Рис- 3. Осциллограммы импульсов: а—первичный (пе-сит существенный вклад в Риод калибровочных колебаний Т =10 нсек); б, в + гтгчтх _ преобразованные, при Па = 10 и 36 кв, соответст-

Ь при значительном венно> (Тк = 2 нс£к) Импульс при Оа-36 ™

уменьшении составляю- снят с ослабителем в 15 дцб.

5. Заказ 7324.

65

щей t 3, обусловленной пробоем 6ь Поэтому линейный ход зависимостей U а от U0 при t3 = 5 нсек нарушается.

Разрядник с добавочным электродом под давлением азота 11 ат был использован в качестве заострителя фронта импульсов. Известно, что в заострителе при изменении амплитуды импульсов необходимо сохранять неизменным t3 [2]. В двухэлектродных заострителях это достигается регулировкой длины зазора. При £/„r,.i =14 кв, Ünp.2 =7 кв, длительности фронта первичного импульса 30 нсек, минимальная амплитуда преобразованного импульса составила 10 кв, а максимальная— 36 кв. Следовательно, отношение —— х =3,6, в то время как для

^ amin

двухэлектродного заострителя при б = Const это отношение немного превышает 1 [2]. Длительность фронта преобразованного импульса не превышала 8- 10 -10 сек во всем интервале амплитуд импульсов. Осциллограммы первичного и преобразованных импульсов приведены на рис. 3, а, б, в.

Нетрудно показать, что рассмотренный разрядник может быть использован как вентильное устройство, т. е. срабатывать под действием импульсов одной полярности и не срабатывать при другой.

ЛИТЕРАТУРА

1. Г. А. Месяц. Труды III Межвузовской конференции по электронным ускорителям. Изд-во ТГУ. 1961.

2. Г. А. Месяц. ЖТФ, т. 35, № 3, 1965.

3. С. Браун. Элементарные процессы в плазме газового разряда. Госатомиздат, стр. 249, 1961.

4. Д. Ми к, Д. Крэгс. Электрический пробой газов. ИЛ. 1961.

5. Г. А. Месяц, Ю. П. Усов, Г. С. Коршунов. Радиотехника и электроника, № 5, 1964.