SU1660071A1 - Method of control over gas-discharge commutation instrument with cold cathode - Google Patents

Method of control over gas-discharge commutation instrument with cold cathode Download PDF

Info

Publication number
SU1660071A1
SU1660071A1 SU884636992A SU4636992A SU1660071A1 SU 1660071 A1 SU1660071 A1 SU 1660071A1 SU 884636992 A SU884636992 A SU 884636992A SU 4636992 A SU4636992 A SU 4636992A SU 1660071 A1 SU1660071 A1 SU 1660071A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
pulse
control
discharge
control electrode
current
Prior art date
Application number
SU884636992A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Igor M Drozd
Valerij I Krizhanovskij
Anatolij I Kuzmichev
Lyudmila V Lebedeva
Vladimir K Popov
Evgeniya E Khudyakova
Anatolij I Shendakov
Original Assignee
Ki Polt I
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ki Polt I filed Critical Ki Polt I
Priority to SU884636992A priority Critical patent/SU1660071A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1660071A1 publication Critical patent/SU1660071A1/en

Links

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Description

Изобретение относится к управлению газоразрядными приборами для устройств импульсной техники средней и большой мощности. Цель изобретения - повышение устойчивости прибора к токовым перегрузкам. Цель достигается подачей на первый управляющий электрод стартового импульса напряжения с амплитудой, достаточной для зажигания разряда между холодным катодом и первым управляющим электродом. На второй управляющий электрод подают управляющий импульс, причем управляющий импульс подают в первую треть спада управляющего импульса. Длительность переднего фронта управляющего импульса не должна превышать половины длительности спада стартового импульса, а длительность управляющего импульса равна требуемой длительности импульса анодного тока. 2 ил.The invention relates to the control of gas-discharge devices for devices pulse technology of medium and high power. The purpose of the invention is to increase the resistance of the device to current overload. The goal is achieved by applying a voltage pulse to the first control electrode with an amplitude sufficient to ignite the discharge between the cold cathode and the first control electrode. A control pulse is supplied to the second control electrode, and the control pulse is fed to the first third of the control pulse decay. The length of the leading edge of the control pulse should not exceed half the duration of the decline of the starting pulse, and the duration of the control pulse is equal to the required pulse duration of the anode current. 2 Il.

управляющий электрод стартового импульса напряжения с амплитудой, достаточной для зажигания разряда между холодным катодом и первым управляющим электродом, и управляющего импульса на второй управляющий электрод, управляющий импульс подают в первую треть спада стартового импульса, причем длительность переднего фронта управляющего импульса выбирают не превышающей половины длительности спада стартового импульса, а длительностьthe control electrode of the starting voltage pulse with an amplitude sufficient to ignite the discharge between the cold cathode and the first control electrode, and the control pulse to the second control electrode, the control pulse is fed to the first third of the start pulse decay, the leading edge of the control pulse not exceeding half the duration of the drop the starting pulse and the duration

IV ΙΖ00991IV 00991

33

.1660071.1660071

4four

управляющего импульса - равной требуемой длительности импульса анодного тока.control pulse - equal to the required pulse duration of the anode current.

На фиг. 1 приведена схема, поясняющая способ управления газоразрядным коммутирующим прибором с холодным катодом; на фиг. 2 - эпюры напряжений на электродах прибора и анодного тока.FIG. 1 is a diagram explaining the method for controlling a cold cathode gas-discharge switching device; in fig. 2 - diagrams of voltages on the electrodes of the device and anode current.

На анод прибора 1 от источника 2 высокого напряжения через нагрузку 3 подают положительное напряжение величиной 1020 кВ. Источник 2 обычно представляет собой емкостный накопитель энергии с устройством подзаряда. Прибор 1 содержит, кроме анода и холодного катода, первый и второй управляющие электроды, а внутри оболочки прибора находится водород при низком давлении (1-10 Па)..The anode of the device 1 from the source 2 of high voltage through the load 3 serves a positive voltage of 1020 kV. Source 2 is usually a capacitive energy storage device with a charge device. Device 1 contains, in addition to the anode and the cold cathode, the first and second control electrodes, and inside the device shell is hydrogen at low pressure (1-10 Pa) ..

На первый управляющий электрод от импульсного генератора 4 подают стартовый импульс напряжения с амплитудой, достаточной для зажигания разряда между холодным катодом и первым управляющим электродом. На фиг. 2 стартовый импульс показан на верхней эпюре напряжения первого управляющего электрода ϋι. После этого в приборе устанавливается стартовый сверхплотный тлеющий разряд с напряжением поддержания около 300 В при токе единицы-десятки ампер. В зависимости от конструкции узла холодный катод - первый управляющий электрод в приборе могут устанавливаться различные виды самостоятельного тлеющего разряда. Если этот узел представляет собой обращенный газомагнетрон, то в приборе устанавливается тлеющий разряд в скрещенных электрическом и магнитном полях. Если первый управляющий электрод выполнен в виде плоской сетки, а катод - в виде цилиндра с открытым торцом, то в приборе устанавливается полокатодная форма сверхплотного тлеющего разряда. Возможно применение в приборе других вариантов катодного узла, обеспечивающих облегченное установление самостоятельного сверхплотного тлеющего разряда. Стартовый импульс может иметь форму, близкую к прямоугольной, но допустимо применение трапецеидальных и экспоненциальных импульсов. Длительность стартового импульса и стартового разряда составляет 1-5 мкс. Для уменьшения статистической нестабильности установления стартового разряда на первый управляющий электрод целесообразно подавать постоянное положительное напряжение смещения через балластное сопротивление 5 от источника 6 с напряжением 400-500 В для установления подготовительного разряда с током около 10 мА.The first control electrode from the pulse generator 4 serves a starting voltage pulse with an amplitude sufficient for igniting the discharge between the cold cathode and the first control electrode. FIG. 2, the starting pulse is shown in the upper voltage profile of the first control electrode ϋι. After that, a starting superdense glow discharge is installed in the device with a maintenance voltage of about 300 V at a current of one to ten amperes. Depending on the design of the cold cathode assembly - the first control electrode in the device can be installed various types of self-glow discharge. If this node is a reversed gas magnetron, then a glow discharge in the crossed electric and magnetic fields is installed in the device. If the first control electrode is made in the form of a flat grid, and the cathode is in the form of a cylinder with an open end, then a polokathod form of a super-dense glow discharge is installed in the device. It is possible to use in the device other variants of the cathode assembly, which provide for the facilitated establishment of an independent superdense glow discharge. The starting pulse may have a shape close to a rectangular one, but the use of trapezoidal and exponential pulses is permissible. The duration of the starting pulse and the starting discharge is 1-5 μs. To reduce the statistical instability of the establishment of the start discharge to the first control electrode, it is advisable to apply a constant positive bias voltage through the ballast resistance 5 from source 6 with a voltage of 400-500 V to establish a preparatory discharge with a current of about 10 mA.

Стартовый разряд предназначен для создания в катодном узле плазмы, обеспечивающей в дальнейшем требуемый ток в анодной цепи прибора 1. Необходимо, чтобы ток стартового разряда (импульса) не превосходил критическую для данного прибора величину. В противном случае стартовый разряд вызывает зажигание самостоятельного тлеющего разряда между анодом и катодом и переход прибора в обычный тиратронный режим, при котором ток в анодной цепи ограничен практически только сопротивлением нагрузки. Критический ток снижается с ростом давления газа и проницаемости электрюдов, экранирующих анод от катодного узла прибора. Величина критического тока определяется экспериментально, она примерно на порядок превышает рабочую величину тока стартового разряда.The start discharge is designed to create a plasma in the cathode assembly, which further provides the required current in the anode circuit of device 1. It is necessary that the current of the starting discharge (pulse) does not exceed the critical value for this device. Otherwise, the starting discharge causes the ignition of an independent glow discharge between the anode and the cathode and the transition of the device to the usual thyratron mode, in which the current in the anode circuit is limited almost exclusively by the load resistance. The critical current decreases with increasing gas pressure and the permeability of the electrodes shielding the anode from the cathode assembly of the device. The magnitude of the critical current is determined experimentally, it is approximately an order of magnitude higher than the working value of the current of the starting discharge.

В первую треть спада стартового импульса подают управляющий импульс с импульсного генератора 7 на второй управляющий электрод, причем длительность переднего фронта управляющего импульса не превышает половины длительности спада стартового импульса. На фиг. 2 средняя эпюра представляет ход изменения напряжения на втором управляющем электроде иг. Длительность управляющего импульса примерно равна требуемой длительности импульса анодного тока. Нижняя эпюра на фиг. 2 показывает изменение анодного тока 1а. Амплитуда управляющего импульса напряжения составляет 0,5-2 кВ. Изменением амплитуды управляющего импульса регулируют амплитуду импульса анодного тока.In the first third of the decline of the starting pulse serves a control pulse from a pulse generator 7 to the second control electrode, and the duration of the leading edge of the control pulse does not exceed half the duration of the decline of the starting pulse. FIG. 2, the average plot represents the course of the voltage change on the second control electrode g. The duration of the control pulse is approximately equal to the required pulse duration of the anode current. The lower plot in FIG. 2 shows the change in anode current 1a. The amplitude of the control voltage pulse is 0.5-2 kV. By varying the amplitude of the control pulse, the amplitude of the anodic current pulse is adjusted.

В приборе 1 узел анод - второй управляющий электрод аналогичен анодно-сеточному узлу таситронов с накаленным катодом, т.е. второй управляющий электрод также имеет малую проницаемость и выполняет функции отпирающего и запирающего сеточного электрода. Для улучшения запирающих свойств второго управляющего электрода на него, как и в таситронах, можно подавать отрицательное смещение, но это не обязательно.In device 1, the anode node — the second control electrode is similar to the anode-grid node of the tacitron with a heated cathode, i.e. the second control electrode also has a low permeability and performs the functions of the unlocking and locking grid electrode. To improve the locking properties of the second control electrode, a negative bias can be applied to it, as in tacitrons, but this is not necessary.

Второй управляющий электрод расположен в стороне от холодного катода, например сдвинут по оси относительно катодного узла, выполненного в виде обращенного магнетрона. Это приводит к тому, что при подаче управляющего импульса на второй управляющий электрод развивается затрудненный тлеющий разряд с напряжением поддержания свыше 1 кВ, который можно условно назвать полусамостоятельным. Ток этого разряда (ток управляющегоThe second control electrode is located away from the cold cathode, for example, shifted axially relative to the cathode assembly, made in the form of an inverted magnetron. This leads to the fact that when a control pulse is applied to the second control electrode, a difficult glow discharge develops with a maintenance voltage of more than 1 kV, which can be called semi-independent. The current of this discharge (the current manager

5five

16600711660071

66

импульса) составляет не более 20% от тока стартового разряда. Затрудненный тлеющий разряд возникает при амплитуде управляющего импульса, превосходящей минимальную критическую для данного 5 прибора величину. Поэтому, даже если на первый управляющий электрод подано положительное смещение и поддерживается подготовительный разряд, при подаче управляющего импульса с амплитудой мень- 10 ше минимальной критической величины ток на анод не возникает, В то же время второй управляющий электрод способен поддерживать затрудненный тлеющий разряд с большим напряжением и после окончания 15 стартового импульса.pulse) is not more than 20% of the current discharge start. A difficult glow discharge occurs when the amplitude of the control pulse exceeds the minimum critical value for this device. Therefore, even if a positive bias is applied to the first control electrode and a preparatory discharge is maintained, when the control pulse is applied with an amplitude less than 10 times the minimum critical value, the current to the anode does not occur, while the second control electrode is able to maintain a difficult glow discharge with a high voltage and after the end of the 15 start pulse.

Если амплитуда управляющего импульса превышает максимальную критическую величину, на второй управляющий электрод развивается самостоятельный сверхплот- 20 ный тлеющий разряд с повышенной концентрацией заряженных частиц. Это приводит к переходу всего прибора в обычный таситронный и даже тиратронный режим, при котором ток в анодной цепи определяется 25 только сопротивлением нагрузки. Критическая максимальная амплитуда управляющего импульса составляет 2,5-5 кВ и снижается с ростом давления. Минимальная и максимальная критические амплитуды управляю- 30 щего электрода определяются экспериментально.If the amplitude of the control pulse exceeds the maximum critical value, an independent super-dense glow discharge with an increased concentration of charged particles develops on the second control electrode. This leads to the transition of the entire instrument to the usual tacitron and even thyratron mode, in which the current in the anode circuit is determined 25 only by the load resistance. The critical maximum amplitude of the control pulse is 2.5–5 kV and decreases with increasing pressure. The minimum and maximum critical amplitudes of the control electrode are determined experimentally.

При реализации предлагаемого способа управления прибор с холодным катодом совмещает в себе свойства электровакуум- 35 ной лампы, работающей в режиме насыщения катодного тока, и газоразрядного прибора. Он способен не только управлять моментами начала и конца прохождения анодного тока, но и амплитудой последнего. 40 Для этого в приборю используются затрудненные формы тлеющего разряда низкого давления. Благодаря тому, что амплитуда' анодного тока зависит только от тока стартового разряда на первый управляющий 45 электрод и амплитуды управляющего им- . пульса на второй управляющий электрод, повышается устойчивость прибора к токо. вым перегрузкам. В самом деле, при резком изменении сопротивления нагрузки, напри- 50 мер ее искрении, пробоях, ток в анодной цепи практически не изменяется. Это предотвращает разрушение из-за искровых и дуговых разрядов самой нагрузки (что особенно важно, еслц нагрузкой является 55 какая-либо генераторная электровакуумная лампа), кроме того, исключается перегрузка источника высокого анодного напряжения и пауза в работе импульсного радиотехнического устройства.When implementing the proposed control method, a device with a cold cathode combines the properties of an electrovacuum lamp, operating in the mode of saturation of the cathode current, and a gas-discharge device. It can not only control the beginning and end of the passage of the anode current, but also the amplitude of the latter. 40 For this purpose, the device uses difficult forms of low-pressure glow discharge. Due to the fact that the amplitude of the anode current depends only on the current of the starting discharge on the first control electrode 45 and the amplitude of the control im-. pulse on the second control electrode, increases the resistance of the device to current. Vym overload. In fact, with a sharp change in the load resistance, for example, its sparking, breakdown, the current in the anode circuit remains almost unchanged. This prevents destruction due to the spark and arc discharges of the load itself (most importantly, if there is a load of any generator vacuum tube), in addition, an overload of the high anode voltage source and a pause in the operation of the radio pulse device are excluded.

Регулирование анодного тока с помощью второго управляющего электрода обусловлено следующим, Вследствие того, что разряд на этот электрод является затрудненным, а сам электрод представляет собой мелкоструктурную сетку, т.е. сетку с отверстиями малого диаметра (< 1 мм), толщина слоя пространственного заряда в отверстиях сетки составляет существенную часть от диаметра отверстия. Поэтому поле анода практически не проникает в пространство между анодом и вторым управляющим электродом и не влияет на физические процессы в этом пространстве. Ток анода при этом образован теми электронами, которые не попали на второй управляющий электрод и проскочили через отверстия в нем. Если увеличить диаметр отверстий в управляющем электроде или уменьшить толщину слоя пространственного заряда за счет повышения тока на электрод сверх критической величины, поле анода проникает через второй управляющий электрод и устанавливается самостоятельный разряд между катодом и анодом, при этом положительный эффект не достигается.Regulation of the anode current using the second control electrode is due to the following, due to the fact that the discharge to this electrode is difficult, and the electrode itself is a fine-structured grid, i.e. grid with holes of small diameter (<1 mm), the thickness of the space charge layer in the holes of the grid is an essential part of the diameter of the hole. Therefore, the anode field practically does not penetrate into the space between the anode and the second control electrode and does not affect the physical processes in this space. The anode current is formed by those electrons that did not hit the second control electrode and slipped through the holes in it. If you increase the diameter of the holes in the control electrode or reduce the thickness of the space charge layer by increasing the current to the electrode above the critical value, the anode field penetrates through the second control electrode and an independent discharge is established between the cathode and the anode, while the positive effect is not achieved.

Полусамостоятельный разряд на второй управляющий электрод поддерживается только на заднем фронте стартового импульса, когда в промежутке холодный катод первый управляющий электрод устанавливается режим избыточной проводимости, т.е. когда ток в цепи первого управляющего электрода меньше ионного тока на катод. Если, подавать управляющие импульсы на второй электрод на вершине стартового импульса. то для переброса разряда на этот электрод требуется настолько высокая амплитуда управляющего импульса, при которой устанавливается самостоятельный сверхплотный тлеющий разряд на анод. Изза быстрой деионизации плазмы стартового разряда (ее распад происходит быстрее, чем по экспоненциальному закону) необходимо сразу же подавать управляющий импульс на второй управляющий электрод, при этом чем больше задержка в подаче управляющего импульса, тем меньше амплитуда анодного тока. Допустимой с энергетической точки зрения является подача управляющего импульса в первую треть спада стартового импульса. Исходя из этого же, необходимо, чтобы длительность переднего фронта управляющего импульса не превышала половины длительности спада стартового импульса.A semi-independent discharge to the second control electrode is maintained only at the trailing edge of the starting pulse, when in the gap between the cold cathode the first control electrode is set to the mode of excess conductivity, i.e. when the current in the circuit of the first control electrode is less than the ion current to the cathode. If, apply control pulses to the second electrode at the top of the starting pulse. then, for transferring the discharge to this electrode, such a high amplitude of the control pulse is required, at which an independent superdense glow discharge is established on the anode. Due to the rapid deionization of the plasma of the start discharge (its decay occurs faster than exponentially), it is necessary to immediately apply a control pulse to the second control electrode, and the greater the delay in the supply of the control pulse, the smaller the amplitude of the anode current. From an energetic point of view, the supply of a control pulse to the first third of the decline of the starting pulse is acceptable. Proceeding from this, it is necessary that the duration of the leading edge of the control pulse does not exceed half the duration of the decline of the starting pulse.

В самом неблагоприятном случае, когдаIn the worst case, when

управляющий импульс подается в концеcontrol pulse is applied at the end

первой трети спада стартового импульса, аthe first third of the decline of the starting pulse, and

ΊΊ

16600711660071

8eight

длительность фронта управляющего импульса равна половине длительности спада, амплитуда анодного тока составляет менее 10% амплитуды тока стартового импульса.the duration of the front of the control pulse is equal to half the duration of the fall, the amplitude of the anode current is less than 10% of the amplitude of the current of the starting pulse.

Claims (1)

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ управления газоразряднымFORMULA AND A C A R E T U N A METHOD FOR MANAGING GAS DISCHARGE коммутирующим прибором с холодным катодом, заключающийся в подаче на первый управляющий электрод стартового импульса напряжения с амплитудой, достаточной для зажигания разряда между катодом и первым управляющим электродом и подачеswitching device with a cold cathode, which consists in applying to the first control electrode of the starting voltage pulse with an amplitude sufficient to ignite the discharge between the cathode and the first control electrode and supply управляющего импульса на второй управляющий электрод, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости прибора к токовым перегрузкам, управляющийcontrol pulse to the second control electrode, characterized in that, in order to increase the resistance of the device to current overloads, the control 5 импульс формируют положительной полярности и подают в первую треть спада стартового импульса, причем длительность переднего фронта управляющего импульса не превышает половины длительности спа10 да стартового импульса, а длительность управляющего импульса устанавливают равной требуемой длительности импульса анодного тока.5, a pulse is formed of positive polarity and is fed to the first third of the decline of the starting pulse, and the length of the leading edge of the control pulse does not exceed half the duration of the 10-step spa and the starting pulse, and the duration of the control pulse is set equal to the required anode current pulse duration. 1515 Фи г.1Phi g.1 16600711660071
SU884636992A 1988-12-20 1988-12-20 Method of control over gas-discharge commutation instrument with cold cathode SU1660071A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884636992A SU1660071A1 (en) 1988-12-20 1988-12-20 Method of control over gas-discharge commutation instrument with cold cathode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884636992A SU1660071A1 (en) 1988-12-20 1988-12-20 Method of control over gas-discharge commutation instrument with cold cathode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1660071A1 true SU1660071A1 (en) 1991-06-30

Family

ID=21422587

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884636992A SU1660071A1 (en) 1988-12-20 1988-12-20 Method of control over gas-discharge commutation instrument with cold cathode

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1660071A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR940013298A (en) High impedance plasma ion implantation method and apparatus
JPS61502153A (en) Modulator switch with low voltage control
US6541915B2 (en) High pressure arc lamp assisted start up device and method
EP1697961A1 (en) Method and apparatus for stabilizing a glow discharge plasma under atmospheric conditions
JPH0212035B2 (en)
SU1660071A1 (en) Method of control over gas-discharge commutation instrument with cold cathode
Jiang et al. Field escalation effect in the pulsed ion beam sources based on the pseudospark discharge
Kovarik et al. Initiation of hot cathode arc discharges by electron confinement in Penning and magnetron configurations
EP0808509B1 (en) Gas discharge device
Eden et al. Microdischarge array-assisted ignition of a high-pressure discharge: Application to arc lamps
RU58785U1 (en) HIGH FREQUENCY GENERATOR BASED ON A HOLLOW CATHODE DISCHARGE
RU2237942C1 (en) Heavy-current electron gun
Mingolo et al. Stabilization of a cold cathode electron beam glow discharge for surface treatment
SU1637033A1 (en) Method for firing a heavy-current glow discharge
RU222392U1 (en) Forevacuum plasma source of a ribbon electron beam operating in a wide range of operating pressures
Bochkov et al. Sealed-off pseudospark switches (current status and prospects)
SU1121716A1 (en) Thyratron
RU2144257C1 (en) High-voltage generator of short pulses
Tkotz et al. Triggering of radial multichannel pseudospark switches by a pulsed hollow cathode discharge
RU2082253C1 (en) Pseudospark-discharge device
SU1112431A1 (en) Adjustable switching device
RU1839649C (en) Device for welding with nonconsumable electrode in vacuum
SU327536A1 (en) PDT-TABLE LIBRARY
RU2045102C1 (en) Plasma emitter of ions
Schanin et al. Investigation of the hollow-cathode, hollow-anode microsecond high-current glow discharge