Управляемые тиратроны известны с 20-х годов XX в. Эти приборы наполнялись газами с низким потенциалом ионизации (Ar, Kr, Xe) и ртутью. В их конструкциях катод слабо экранировался от анодно-сеточной камеры, и отпирание происходило при уменьшении отрицательного потенциала сетки, т.е. управление имело потенциальный характер. Такие тиратроны с накаленным катодом использовались в низкочастотных выпрямительных и инверторных схемах, а с холодным катодом – в качестве маломощных усилителей, индикаторов, переключателей логических схем. Однако с появлением более надежных и долговечных твердотельных приборов – светодиодов, транзисторов, тиристоров – их выпуск был прекращен.
Разработка и начало промышленного выпуска импульсных водородных тиратронов (ИВТ), использующих в качестве рабочего газа водород или дейтерий, были связаны с развитием радиолокации, где они служили в качестве ключевых элементов для модуляции в магнетронах потока микроволнового излучения. Сильная экранировка катода от высокого напряжения анода обусловливает отпирание тиратрона только при появлении в катодно-сеточной камере плазмы с достаточно высокой плотностью, что позволяет характеризовать ИВТ как приборы с токовым управлением.
Электропрочность внутренней поверхности оболочки, находящейся в вакууме, выше, чем наружной, часто находящейся в атмосферных условиях. В связи с этим длина оболочки определяется внешней средой и значением необходимых рабочих напряжений. ИВТ с анодными напряжениями до 25 кВ конструируются для работы в открытом воздухе. Приборы с анодными напряжениями свыше 50 кВ большей частью работают в трансформаторном масле, обладающем высокой электропрочностью, что позволяет существенно снизить габариты и вес приборов.
Одним из основных элементов ИВТ является катодный узел. Он состоит из накаленного термоэмиссионного катода и высокотемпературного подогревателя. Наиболее широко распространен в ИВТ оксидный катод, обладающий высокой экономичностью и обеспечивающий плотность тока до 20 А/см2. В мощных ИВТ распространены диспенсерные катоды, состоящие из металлической матрицы (W или W-Mo), в порах и на поверхности которой находится активное вещество на основе различных окислов, обладающее высокими термоэмиссионными свойствами. Температуры катодов в ИВТ составляют 700¸1000 °С.
Долговечность катода ограничивается испарением активного вещества, разрушением поверхности ионной бомбардировкой, отравлением выделяющимися из электродов газами. На снижение срока службы оказывают сильное влияние колебания температуры катода (например, при изменении мощности накала) и уменьшение давления водорода, приводящее к существенному росту потерь мощности в разряде.
Ион водорода обладает наибольшей подвижностью, что обеспечивает малое время деионизации, а малая масса ионов – меньшее, чем в других газах, разрушение катода в разряде. Выбор водорода обеспечивает приборам высокие частотные свойства, а существующие технические решения позволяют иметь его запас в специальных нагреваемых резервуарах (генераторах водорода) и пополнять естественную убыль при поглощении материалами электродов в процессе работы.
Сетка ИВТ играет роль управляющего и высоковольтного электрода и должна обеспечивать как прохождение больших плотностей тока через свои отверстия, так и надежное запирание в промежутках между импульсами. Температура сетки сильно влияет на электрическую прочность ИВТ. Усиливают это влияние появляющиеся в период эксплуатации напыления активного вещества с термоэмиссионного катода, а также диэлектрические пленки, испаряемые при взаимодействии дугового разряда с диэлектрической оболочкой и осаждаемые на поверхность сетки. В связи с этим температура сетки должна ограничиваться на уровне 300-400°С облегчением режима работы или принудительным охлаждением.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.