Источники питания генераторов плазмы, страница 6

В качестве источников электронов можно использовать эмиттеры электронов, а также электронные пушки. В первом случае формирование потока электронов производится подачей высокого (относительно эмиттера) потенциала на один из электродов ПУ, а во втором - поток формируется непосредственно электронной пушкой.

Аналогичную классификацию можно провести и среди СИР, использующих источники ионов.

К СИР, использующих источники плазмы, можно отнести системы, содержащие устройства факельного (высокочастотного) разряда, а также устройства, создающие потоки плазмы.

Следует отметить, что приведенная классификация СИР может бить расширена и дополнена устройствами, работающими в импульсном или непрерывном режимах.

Кроме того, реализация СИР в определенном конструктивном исполнении расширяет классификацию, охватывая более широкий круг применяемых устройств, и намечает пути дальнейшего научного и технического поиска оптимальных вариантов СИР и способов их согласования, с ПУ и их системами электропитания.

2.8-9.3. Выбор типа источника вторичного электропитания для генератора плазмы.

Будем считать, что с проблемой инициирования разряда в источнике плазмы мы разобрались. Но остается более важная и более общая проблема - это проблема питания источника плазмы. Прежде всего, возникает вопрос, какого типа выбрать источник питания.

С точки зрения эффективности передачи мощности ответ на этот вопрос давно известен – это источник напряжения. Как известно такой источник обладает малым внутренним сопротивлением  и при каком-то заданном токе  на сопротивлении нагрузки  выделяется полезная мощность

;                                      (2.8-9.3)

полная мощность, выделяющаяся в цепи равна

,                            (2.8-9.4)

откуда КПД

.                           (2.8-9.5)

Если  >>  или хотя бы  > , то и КПД будет высоким, а вся система эффективной. Все это так. Но необходимо еще отметить, что при использовании такого источника питания величина основная, а стало быть и подлежащая регулированию в таком источнике, это напряжение, а ток нагрузки величина производная, зависящая от выходного напряжения источника питания и величины внутреннего сопротивления нагрузки. Из приведенных ранее рассмотрений, следует что на ВАХ тлеющего и дугового разрядов имеются участки, где напряжение и ток одновременно растут, участки, где ток изменяется при неизменном напряжении и, наконец, участки, где ток растет при уменьшении . И если внимательно присмотреться к ВАХ разряда, то становится ясным, что это типичная образная характеристика элемента с отрицательным сопротивлением, а как известно, однозначность положения рабочей точки на такой характеристике определяется и регулируется током. Поэтому источник питания разряда должен иметь токовый выход, т.е. по своим характеристикам приближаться к источнику тока. Источник тока, как известно, отличается от источника напряжения кроме всего прочего большим внутренним сопротивлением. Казалось бы, если разница только в этом, то источник напряжения можно превратить в источник тока, включив в цепь некое балластное сопротивление, т.е. сопротивление последовательное с нагрузкой. В такой цепи ток будет функцией не только напряжения, но и величины последовательно включенных балластного сопротивления и сопротивления нагрузки:

.                                   (2.8-9.6)

Понятно, что для того чтобы изменение величины  мало сказывалось на токе необходимо, чтобы отношение . Нетрудно увидеть, что для поддержания стабильности тока с точностью ~ 1% необходимо чтобы выполнялось условие~ , но этим проблема не ограничивается. Из последнего выражения видно, что при этом и выходное напряжение необходимо поднять в 100 раз. При этом в цепи только 1% мощности будет выделяться в нагрузке, а 99% - в балластном сопротивлении, что никоим образом нас устроить не может. Выход либо в уменьшении , но тогда ток разряда будет изменяться пропорционально отношению R_H/R_Б, либо в изменении свойств самого балластного резистора. Необходимо чтобы сопротивление балластного резистора изменялось под действием протекающего тока: увеличивалось при его увеличении и уменьшалось при уменьшении. Двухполюсники с такими характеристиками известны. Простейший из них это обычная лампа накаливания. Зависимость ее внутреннего сопротивления от тока объясняется тем, что при протекании тока по нити накала лампы в ней выделяется мощность