SU923257A1

SU923257A1 - Controlled low-pressure gas discharge device

Info

Publication number: SU923257A1
Application number: SU802982568A
Authority: SU
Inventors: Г.И. Носов; С.А. Смирнов
Original assignee: Предприятие П/Я В-8851
Priority date: 1980-07-30
Filing date: 1980-07-30
Publication date: 1983-08-15

Description

2. Прибор по п. 1, о т л и ч а X ) щ и и с .тем, что все размеры прорези характеризующие ее площадь в стенке пускового электрода не меньше соответствующего размера дл прорези в стенке катода.2. The device according to claim 1, of tl and cha X) u and u with the fact that all the dimensions of the slot characterize its area in the wall of the starting electrode is not less than the corresponding size for the slot in the wall of the cathode.

3. Прибор по п. 1, о .т л ичающийс тем, что площадь прорезей в стенке пускового электрода значительно превышает площадь перемычек между прорез ми .3. The device according to claim 1, about. That is based on the fact that the area of the slots in the wall of the starting electrode significantly exceeds the area of the bridges between the slots.

1one

Изобретение относитс к управл еп« )|м газоразр дным приборам низкого давлени с холодным катодом, предназначенным дл периодического включени емкостного накопител на нагрузку .The invention relates to a control ") | m cold cathode low-pressure gas discharge devices designed to periodically turn on a capacitive storage capacitor for a load.

Известен газоразр дный прибор с холодным катодом в виде полого цилиндра с двойными стенками. Внутри полого катода размещен пусковой электрод в виде двух параллельных дисков соединенных токопровод щими стойками С A cold cathode gas discharge device in the form of a double-wall hollow cylinder is known. Inside the hollow cathode there is a starting electrode in the form of two parallel disks connected by conductive racks C

Недостатком такого прибора вл етс большое врем запаздывани срабатывани .The disadvantage of such an instrument is a large response delay time.

Известен также газоразр дный прибор, содержащий анод и холодный полый цилиндрический катод, разделенный основным разр дным промежутком , ширина которого меньше критического рассто ни , необходимого дп зажигани , самосто тельного разр да, и пусковой электрод в виде полого цилиндра, размещенный внутри катода 2 1| Also known is a gas discharge device containing an anode and a cold hollow cylindrical cathode divided by a main discharge gap, whose width is less than the critical distance required for ignition, self-discharge, and a starting electrode in the form of a hollow cylinder placed inside the cathode 2 1 |

Однако запуск такого прибора возможен лишь при пусковых напр жени х , превышающих 1 Кв. Поскольку мощность, затрачиваема при запуске прибора при заданной пусковой емкости , пропорциональна квадрату пускового напр жени , то увеличение пускового напр жени приводит к заметному снижению экономичности прибора. При этом снижаетс коэффициент усилени прибора по напр жению .However, the launch of such a device is possible only with starting voltages exceeding 1 kV. Since the power expended when starting the device with a given starting capacitance is proportional to the square of the starting voltage, an increase in the starting voltage leads to a noticeable decrease in the efficiency of the device. This reduces the gain of the instrument over voltage.

Целью изобретени вл етс снижение пускового напр жений.The aim of the invention is to reduce the starting voltages.

Эта цель достигаетс тем, что в управл емом газоразр дном приборе низкого давлени , содержащем анод и холодный полый катод, разделенные основным разр дным промежутком, ширина которого меньше критического рассто ни , необходимого дл зажигани самосто тельного разр да иThis goal is achieved by the fact that in a controlled gas discharge a low pressure device containing an anode and a cold hollow cathode, separated by a main discharge gap, whose width is less than the critical distance required for igniting the self-sustaining discharge and

пусковой электрод в виде пологоstarting electrode in the form of a hollow

цилиндра, размещенный внутри катода, в боковой стенке пускового электрода выполнены прорези, а катод имеет двойные стенки, внутренн из которыхcylinder placed inside the cathode, in the side wall of the starting electrode are slotted, and the cathode has double walls, the inner of which

также снабжена прорез ми, расположенными напротив соответствующих прорезей в пусковом электроде. Зазор ;между пусковым электродом и внутренней стенкой катода не превышает ширины основного разр дного промежутка. Размеры прорезей, характеризующие их площадь, выбирают таким образом, чтобы все размеры прорези, характеризующие ее площадь в стенке пускового электрода, были не меньше соответствующего размера прорези в :стенке катода.It is also provided with slots located opposite the corresponding slots in the starting electrode. The gap between the starting electrode and the inner wall of the cathode does not exceed the width of the main discharge gap. The dimensions of the slots, which characterize their area, are chosen so that all the dimensions of the slot, which characterize its area in the wall of the starting electrode, are not less than the corresponding size of the slot in: the cathode wall.

Площадь прорезей целесообразно выбирать значительно превышающейThe area of the slots, it is advisable to choose much greater than

площадь перемычек между прорез ми.jumper area between the slits.

На чертеже представлен предлагаемый газоразр дный прибор.в разрезе.The drawing shows the proposed gas discharge device in section.

Прибор содержит анод 1, поль1й цилиндрический катод 2, имеющий, внут|эеннюю стенку 3 и наружную стенку , а также пусковой электрод 5 в виде полого цилиндра, открытогоThe device contains an anode 1, a polar cylindrical cathode 2, having an inner wall 3 and an outer wall, as well as a starting electrode 5 in the form of a hollow cylinder open

в сторону анода. Прибор смонтирован в керамическом корпусе 6. Прибор также содержит выйоды 7, 8, 9 анода, катода и пускового электрода соответственно . Прибор снабжен генератором 10 водорода с выводом 11 и штегелем 12 дл Откачки и наполнени . В боковой стенке полого пускового электрода выполнены прорези 13 и I соответствующие им прорези Щ во внутренней стенке катода. Прорези 13 расположены против соответствую щих прорезей k, Между пусковым электродом и внутренней стенкой катода имеетс зазор 15. Перемычка 16 св зывает части пускового электрода, разделенные прорез мн). Анод отделен от цилиндрического полого катода основным разр дным промежутком 17- Зазор 15 не должен превышать ширину промежутка 17. Любой размер, характеризующий (площадь прорезей в стенке пускового электрода, не должен быть меньше соответствующего размера дл проре зей в стенке катода, а площадь прорезей 13 должна быть существенно больше площади перемычек 16. Прибор работает в среде водорода при услови х, соответствующих левой ветви кривой Пашена. Давление водорода поддерживаетс на заданном уровне (0,1 - 0,6 Тор) с помощью генератора водорода 10. При работе вь1вод 7 анода подключаетс к положительному зажиму емкостного накопи тел , а вывод § катода,- к отрицательному зажиму. Юирина промежутка . 17 между катодом и анодом выбрана меньшей критического рассто ни , . при котором зажигаетс самосто тельный разр д (в данном случае , ширина основного промежутка составл ет k мм ). Поэтому в .услови х, соответствующих левой ветви кривой Пашена, основной промежуток обладает вы со кой э л е к т р и ч е с кой про ч но ст ( не меньше 30 кВ) в рабочем диапа-. зоне давлений. К выводу 9 пускового электрода подсоединена пускова схема, выдает положительное напр жени (в несколько сот Вольт, при токе в 5 мА, обеспечивающее при рабочемдавлении зажигание сторожевого тлею щего разр да, и импульсное напр жен отрицательной пол рности .(пусковое напр жение )амплитудой в несколько сот Вольт при токе до 0,5 А, служаи е дл запуска прибора в заданный момент времени. Сторожевой тлеющий, разр д зажигаетс между катодом и Пусковым электродом. Сторожевой разр д нужен дл уменьшени и стабилизации времени запаздывани срабатывани прибора. Дл запуска при бора на пусковой электрод необходимо подать отрицательное импульсное пусковое напр жение, которое компен 74 сИровало бы положительное напр жение . горени сторожевого разр да и привело бы к ускорению движени электро- I нов из плазмы сторожевого.разр да в сторону анода. Отсюда следует, что любое снижение напр жени горени сторожевого разр да способствует снижению пускового напр жени . Дл плазмы сторожевого разр да в данном приборе характерно колебательное движение электронов. Выйд из катода вследствие ионной бомбардировки, электрон пролетает через прорези 1 и 13 внутрь пускового электрода, совершает несколько колебаний и . после этого попадает на стенку пускового электрода. В результате длина пробега, электронов увеличиваетс и соответственно возрастает веро тность ионизирующих столкновений с атомами наполн ющего rasa и как следствие этого уменьшаетс напр жение горени сторожевого тлеющего разр да. Если в приборе - прототипе сторожевой разр д горел при напр жении выше 1 кВ, то в предлагаемом приборе устойчивое горение разр да имеет место при напр жении пор дка 400 В. Уменьшение напр жени горени сторожевого разр да обеспечиваетс особенност ми конструкции предлагаемого прибора. При зазоре 15 между пусковым электродом и внутренней стенкой катода, не превышающем ширины основного разр дного промежутка , электрическа прочность зазора становитс не меньше электри-. ческой прочности основного промежутка , вследствие чего разр д не может гореть непосредственно в зазоре , так как электрическа прочность указанного зазора в рабочем диапазоне делений в услови х левой ветви кривой Пашена существенно больше прикладываемого к зазору напр жени , определ емого величиной 1 кВ (в i данном примере ширина зазора 15 составл ла 1,5 мм).. При такой ширине зазора разр д в катодно-пусковой камере горит сквозь прорези в пуско- . вом электроде и во внутренней стенке катода по длинному пути между поверхностью катода, заключенной между двойными стенками катода, и внутренней поверхностью пускового электрода. Увеличение длины пробега электронов на пути к пусковому электроду приводит к возрастанию веро тности ионизирующих столкновений с атомами наполн ющего газа и в конечном итоге к заметному снижению напр жени горени сторожевого разр да. Более эффективному снижению напр жени горени сторожевого разр да способствует правильный выбор размеров прорезей, которые характеризуют их площадь. В том случае, .когда любо.й указанный размер, харак теризующий площадь прорезей в стенке пускового электрода, не меньше соответствующего размера в стенке полого катода, электроны не попадаю непосредственно из полости катода на пусковой электрод, а совершают .несколько колебаний относительно центральной оси. Таким образом, площадь прорезей 13. должна быть намного больше площади перемычек 1б между соседними прорез ми. В этом случае подавл юща часть элек тронов, выход щих из прорезей катод совершает колебани относительно оси и только мала масть электронов попадает непосредственно на пусковой электрод. При этом форма прорезей 13 и 1 может быть любой, однако наимен1 шие потери электроно имеют место при описанной выше форме прорезей в пусковом электроде и катоде. .6 После подачи на пусковой электрод импульса напр жени отрицательной пол рности, амплитуда которого-несколько превышает напр жение горени сторожевого тлеющего разр да, электроны из плазмы сторожевого разр да выбрасываютс по направлению к аноду, происходит ионизаци атомов наполн ющего, газа в промежутке 17 между анодом и катодом, и развиваетс разр д с анода на катод. В предложенном газоразр дном приборе может быть использован холодный катод любой известной конструкции. Экспериментальным путем установлено , что газоразр дный прибор обеспечивает существенное снижение амплитуды пускового напр жени по сравнению спрототипом. Уменьшение пускового напр жейи повышает экономичность прибора и позвол ет получить существенные преимущества при использовании прибора. S частности , уменьшение пускового напр жени меньше 1000 вольт дает возможность применить в пусковых схемах полупроводниковые приборы, что.приводит к уменьшению габаритов и стоимости указанных схем и увеличению их надежности. При этом увеличиваетс коэффициент усилени прибора . по напр жению.towards the anode. The device is mounted in a ceramic housing 6. The device also contains the outlets 7, 8, 9 of the anode, cathode and starting electrode, respectively. The device is equipped with a hydrogen generator 10 with a terminal 11 and a baton 12 for Pumping and Filling. In the side wall of the hollow starting electrode there are slots 13 and I, the corresponding slots U are made in the inner wall of the cathode. The slots 13 are located against the corresponding slots k. There is a gap 15 between the starting electrode and the inner wall of the cathode. Jumper 16 connects the parts of the starting electrode separated by the slot of the pl). The anode is separated from the cylindrical hollow cathode by the main discharge gap 17-Gap 15 should not exceed the width of the gap 17. Any size that characterizes (the area of the slots in the starting electrode wall should not be less than the corresponding size for cuts in the cathode wall, and the area of the slots 13 must be substantially larger than the area of the jumpers 16. The device operates in a hydrogen environment under conditions corresponding to the left branch of the Paschen curve. The hydrogen pressure is maintained at a predetermined level (0.1 - 0.6 Torr) using a hydrogen generator 10. When operating, the anode 7 connects to the positive clamp of the capacitive storage, and the cathode pin - to the negative clamp. Yuriin gap 17 is selected between the cathode and the anode for a shorter critical distance at which the self-discharge is ignited case, the width of the main gap is k mm.) Therefore, in the conditions corresponding to the left branch of the Paschen curve, the main gap has a high electrical resistance (not less than 30 kV) in the working range. pressure zone. A starting circuit is connected to terminal 9 of the starting electrode, it produces a positive voltage (several hundred volts, at a current of 5 mA, which ensures the ignition of the watchdog glow at the operating pressure, and a pulsed voltage of negative polarity (starting voltage) with amplitude several hundred volts at a current of up to 0.5 A, serving to start the device at a given time. A watchdog glow ignites between the cathode and the Starting Electrode. The watchdog is needed to reduce and stabilize the latency time. To start up the instrument, a negative pulse starting voltage must be applied to the starting electrode, which would compensate for the positive voltage of the watchdog discharge and would accelerate the movement of electrons from the watchdog plasma to the anode. From this it follows that any decrease in the voltage of the watchdog discharge contributes to a decrease in the starting voltage. For the watchdog plasma in this device, oscillatory motion of electrons is characteristic. Exiting the cathode due to ion bombardment, the electron flies through slots 1 and 13 inside the starting electrode, makes several oscillations and. after that it falls on the starting electrode wall. As a result, the path length of the electrons increases and, accordingly, the probability of ionizing collisions with the atoms filling the rasa increases and, as a result, the burning voltage of the watchdog glow discharge decreases. If in the prototype device the guard discharge burned at a voltage higher than 1 kV, in the proposed device steady discharge occurs at a voltage of about 400 V. The reduction of the guard discharge voltage is provided by the design features of the proposed instrument. With a gap of 15 between the starting electrode and the inner wall of the cathode, not exceeding the width of the main discharge gap, the electrical strength of the gap becomes no less than electrical. of the main gap, as a result, the discharge cannot burn directly in the gap, since the electrical strength of the specified gap in the working range of divisions in terms of the left branch of the Paschen curve is substantially greater than the voltage applied to the gap, defined by 1 kV In the example, the width of the gap 15 was 1.5 mm). With such a width of the gap, the discharge in the cathode-starting chamber burns through the slots in the start-up. electrode and in the inner wall of the cathode along the long path between the surface of the cathode, which is enclosed between the double walls of the cathode, and the inner surface of the starting electrode. An increase in the mean free path of electrons on the way to the starting electrode leads to an increase in the probability of ionizing collisions with the atoms of the filling gas and, ultimately, to a noticeable decrease in the burning voltage of the guard discharge. A more effective decrease in the voltage of the burning of the guard discharge is facilitated by the correct choice of the sizes of the slots that characterize their area. In that case, when any specified size characterizing the slot area in the starting electrode wall is not less than the corresponding size in the hollow cathode wall, electrons do not fall directly from the cathode cavity to the starting electrode, but make several oscillations about the central axis. Thus, the area of the slots 13. should be much larger than the area of the jumpers 1b between adjacent slots. In this case, the overwhelming part of the electrons emerging from the slots, the cathode oscillates about the axis and only a small amount of electrons fall directly on the starting electrode. In this case, the shape of the slots 13 and 1 can be any, but the electron losses that occur at the above described shape of the slots in the starting electrode and the cathode. .6 After applying a negative polarity voltage pulse to the starting electrode, whose amplitude slightly exceeds the burning voltage of the watchdog glow discharge, electrons from the watchdog discharge plasma are ejected towards the anode, the filling atoms, a gas, in the gap 17 between the anode and cathode, and the discharge from the anode to the cathode develops. In the gas discharge device proposed, a cold cathode of any known construction can be used. It has been established experimentally that the gas discharge device provides a significant decrease in the amplitude of the starting voltage compared with the prototype. Reducing the starting voltage increases the economics of the device and provides significant advantages when using the device. In particular, a reduction in the starting voltage of less than 1000 volts makes it possible to use semiconductor devices in the starting circuits, which leads to a decrease in the size and cost of these circuits and an increase in their reliability. This increases the gain of the instrument. by voltage.

Claims

1. CONTROLLED LOW PRESSURE DISCHARGE INSTRUMENT, containing an anode and a cold 'hollow cylindrical cathode, separated by a main discharge gap, the width of which is less than the critical distance' necessary for ignition of an independent discharge, and a starting electrode in the form of a hollow cylinder located inside the cathode, which differs the fact that, in order to reduce the starting voltage, slots are made in the side wall of the starting electrode, and the cathode has double walls, the inner of which is also equipped with slots, located opposite the corresponding slots in the starting electrode, and the gap between the starting electrode and the inner wall of the cathode does not exceed the width of the main discharge gap.

Q to

S © b s

SP m

2. The device according to π. ^ characterized in that all the dimensions of the slot characterizing its area in the wall of the starting electrode is not less than the corresponding size for the slot in the wall of the cathode.

'3. The device according to p. 1, characterized in that the area of the slots in the wall of the starting electrode is significantly greater. the area of the jumpers between the slots.