СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ПРИБОРАХ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ
METHOD OF ELECTRIC PARAMETERS STABILISATION IN GAS-DISCHARGE DEVICES WITH NEGATIVE RESISTANCE

Изобретение относится к плазменной электронике к области подавления неустойчивостей характеристик газоразрядных приборов с отрицательным сопротивлением и может быть использовано в энергетике при эксплуатации мощных газоразрядных стабилизаторов тока и напряжения, в схемах усилителей, генераторов синусоидальных колебаний, преобразователей, релаксационных генераторов и др.
Известен способ выпрямления, усиления, переключения или генерирования электрических сигналов (А.с. RU №2306632, опубл. 20.09.2007 г.), реализованный в конструкции полупроводникового тиристорного триода-тирода, содержащего четыре слоя разного типа проводимости, p-анод, средние слои n- и p-типа проводимости, n-катод. Средние слои n- и p-типа проводимости имеют общий вывод, который является эмиттером триода. Способ заключается в том, что анод включается как база триода и анодный pn-переход включен в режиме инжекции электронно-дырочной плазмы в средние слои n- и p- типа проводимости. Катод включается как коллектор триода и катодный pn-переход включен в режиме обеднения среднего слоя p-типа проводимости.
Недостатком является развитие неустойчивостей и колебаний рабочего тока, вызванных падающим характером вольт-амперной характеристики прибора.
Известен способ стабилизации напряжения (А.с. SU №1185429, опубл. 15.10.1985 г.), принятый за прототип и реализованный в конструкции плазменного диода с сужением разрядного канала. Способ включает создание разряда между анодом и катодом в газонаполненном приборе. Разряд создают в режиме низковольтной дуги в инертном газе. Давление газа выбирают из выражения
При этом устанавливают рабочий ток не превышающий ток эмиссии. В диапазоне напряжений 0-50 В межэлектродный промежуток заполняют ксеноном, криптоном, аргоном, неоном и гелием.
Недостатком является развитие неустойчивостей, вызванных наличием участка отрицательного сопротивления на вольт-амперной характеристике прибора.
Техническим результатом изобретения является получение стабильной анодной вольт-амперной характеристики.
Технический результат достигается тем, что в способе стабилизации электрических параметров в газоразрядных приборах с отрицательным сопротивлением, включающем создание основного разряда между анодом и катодом, в приборе дополнительно устанавливают управляющий электрод, после основного разряда создают разряд между управляющим электродом и анодом, и устанавливают ток управляющего электрода не более 0,05 А, при этом анод выполняют с отверстием, а управляющий электрод устанавливают соосно за анодом.
Установка управляющего электрода за анодом позволяет вынести управляющий электрод из зоны основного разряда.
Установка управляющего электрода соосно за анодом позволяет создать нужную геометрию дополнительного разряда.
Выполнение анода с отверстием позволяет создать дополнительный разряд между анодом и управляющим электродом.
Создание дополнительного разряда между анодом и управляющим электродом при подаче тока на управляющий электрод не более 0,05 А обеспечивает смену знака дифференциального сопротивления с отрицательного на положительное и обеспечивает устойчивость вольт-амперной характеристики анода (получено экспериментально).
При этом получают установленный ток анода в 10-100 раз больше, чем ток управляющего электрода.
Способ осуществляют следующим образом. Прибор, в котором возможна реализация способа, приведен на фиг.1, где 1 - импрегнированный термокатод, 2 - анод, 3 - управляющий электрод, 4 - конусный экран. Электрические и кинетические характеристики приведены для разряда в режиме короткой низковольтной дуги в плазменном триоде, состоящим из импрегнированного термокатода 1 диаметром 10 мм и молибденового анода 2 диаметром 30 мм с центральным отверстием диаметром 2 мм. Анод 2 установлен в 8 мм от катода 1 параллельно и соосно с ним. Управляющий молибденовый электрод 3 диаметром 30 мм вынесен из зоны основного разряда за анод 2 и находится от него на расстоянии 1 мм. К катоду 1 примыкает формирователь геометрии основного разрядного промежутка в виде металлического конусного экрана 4. Межэлектродный промежуток заполняют спектрально-чистым инертным газом, например гелием. Потенциал экрана 4 совпадает с потенциалом катода 1. Напряжения на анод 2 и управляющий электрод 3 подают относительно катода 2 от источника постоянного тока (не показано).
He
a-уэ
уэ
у
у
д
д
д
Для пояснения способа на фиг.2 приведена вольт-амперная характеристика диафрагменного плазменного триода в режиме пучковой дуги; P=1 тор; d=8 мм, d=1 мм. 1 - анодная вольт-амперная характеристика при I=0 А; 2 - анодная вольт-амперная характеристика в диффузионном режиме разряда, I=0,04 А. Проанализируем анодные характеристики (кривые 1 и 2). Кривая 1 соответствует режиму низковольтного пучкового разряда при I=0 А. В этом режиме R близкое к нулю и отрицательное R≤0. Исследования сильноточных режимов триода подтвердили, что именно отрицательное сопротивление R≤0 приводит к возникновению неустойчивости анодной вольт-амперной характеристики из-за колебаний разрядного тока и напряжения.
у
Далее зажигают разряд на управляющий электрод 3 и устанавливают значение тока I=0,04 А. При этом анодная вольт-амперная характеристика (кривая 2) изменяла знак дифференциального сопротивления Rд≥0). Устойчивость рабочих характеристик достигалась вплоть до разрядных токов 5 А.
На фиг.3 (а, б) представлено семейство вольт-амперных характеристик плазменного триода при различных значениях тока на управляющий электрод 3:
у
у
у
у
He
He
2
1 - I=0,01 A; 2 - I=0,02 A; 3 - I=0,03 A; 4 - I=0,04 А, и давлениях: а - P=1 тор, б - P=19 тор. Ток анода изменяют в пределах 0-1 А. Управление знаком дифференциального сопротивления осуществляют в диапазоне плотностей разрядного тока 0,1-5 А/см, напряжений 0-70 В и давлений 0,1-20 тор.
Таким образом, способ обеспечивает стабилизацию вольт-амперной характеристики анода за счет подавления неустойчивостей, вызванных наличием на ней участка отрицательного сопротивления.