Газоразрядный прибор

О П И С А Н И Е 269322ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советокик Социалистическив РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельства1/30 МПК влено 04.Ч.1968 ( 1230505/26исоединением заявкиПриоритет Комитет по делам изобретений и открытий при Совете тлиниствов СССРУДК 621.387.3(088.8 публиковано 21 Ч оллетень а опубликования описания 25 второбретения С. Бакалейни и Московском завориборов Особое конструкторское бюро эпектровакуумньЗаявител ГАЗОР НЫЙ ПРИ 2 зоразрядным ляемым комрацией плазправлением с лект онов иИзобретение относится к гаприборам, в частности - к управмутаторам или вентилям с генемы быстрыми электронами и упомощью поглощения быстрых э рравляющим электродом.Известен газоразрядный прибор (коммутатор или вентиль), содержащий анод, холодный катод, вспомогательный накаленный катод и управляющий электрод. Однако в указанном приборе максимальное значение выходного тока имеет малую величину при низких значениях амплитуды входного сигнала или анодного напряжения.Предложенный прибор отличается от известного тем, что холодный катод выполнен таким образом, что нормали, восстановленные из любой точки его рабочей поверхности, пересекаются на одной линии, и в месте пересечения нормалей расположен управляющий электрод, а расстояние между холодным катодом и управляющим электродом меньше длины свободного пробега электронов в 1 - 20 раз. Это позволяет увеличить отношение величины коммутируемого тока к коммутируемому напряжению.На фиг. 1, 2 и 3 показаны схемы различных вариантов предлагаемого прибора; на фиг.4 - временное расположение входных и выходных сигналов. На фиг. 1 изображен газоразрядный прибор с полым цилиндрическим холодным катодом 1, анодом 2 в виде одного или двух дисков, расположенных по торцам полого като да, и управляющим электродом д, представляющим собой иглу, расположенную в месте пересечения нормалей, восстановленных из любой точки рабочей поверхности катода, т, е.по оси цилиндрического катода. Для иниции рования разряда в полом катоде используется электронная пушка, состоящая из накаленного катода 4 и анода 2. Использование накаленного катода дает возможность получить минимальную временную нестабильность 5 выходных импульсов.В исходном состоянии на анод подан +источника питания, холодный катод заземлен через сопротивление нагрузки Я. Управляющий электрод и накаленный катод также на ходятся под потенциалом анода. При этом управляющая электронная лампа 5 полностью заперта.При подаче входного управляющего импульса 1/ лампа 5 отпирается, потенциал ее 5 анода, а следовательно, управляющего электрода и накаленного катода падает, В этот момент катодом электронной пушки в полость холодного катода инжектируется поток инициирующих электронов, который благода ря большой энергии создает вдоль своего пу.60 65 ти первоначальную плазму, имеющую потенциал анода. При падении ионов этой плазмы на поверхность полого холодного катода происходит эмиссия вторичных р-электронов, Эти р-электроны приобретают энергию, соответсгвующую потенциалу присутствующей здесь первоначальной плазмы. Ьсли потенциал управляющего электрода равен или ниже потенциала холодного катода, то у-электроны начинают осциллировать по радиусам в полости холодного катода, создавая вторичную плазму. Возрастающий ионный ток на холодный катод приводит к соответствующему увеличению у-электронного тока. Ионный ток, идущий на холодный катод, создает на сопротивлении Явыходное напряжение. При этом потенциал холодного катода поднимается до значения, соответствующего амплитуде выходного импульса. В основном разряде устанавливается падение напряжения между плазмой и холодным катодом:1 пл-к= а - живых Для осцилляции у-электронов в этом случае, как и раньше, необходимо, чтобы потенциал управляющего электрода был равен плиниже потенциала холодного катода. Следовательно, разность потенциалов между управляющим электродом и анодом, необходимаядля поддержания прибора во включенномсостоянии, будет равнаУзз ) /пл - н, гдеСзз - разность потенциалов между управляющим электродом 3 и анодом 2,Поскольку в это время управляющий электрод должен находиться под тем же самымпотенциалом, что и холодный катод (или более отрицательным), то плотность ионного тока на управляющий электрод будет равнаплотности ионного или разрядного тока накатод.Сама величина тока в цепи управляющегоэлектрода, определяющая ток управления, будет определяться его поверхностью. Чембольше отношение поверхности холодного катода к поверхности управляющего электрода,тем больше усиление по току. При цилиндрическом холодном катоде это отношение равной- , где Я и г - радиусы соответственно холодного катода и управляющего электрода.Более выгоден вариант со сферическим катодом и сферическим управляющим электродом (фиг. 2), для которого усиление по току/Яхзбудет определяться соотношением- ) . Гашение разряда в обоих вариантах происходитпри снятии отрицательного напряжения с управляющего электрода. Вследствие прекращения осцилляции у-электронов длина их путии газе резко сокращается, поэтому выделениеими энергии и соответственно скорость ионизации также резко уменьшаются. В результате концентрация плазмы падает, разрядныйток на холодный катод р+фр (где р - ионный ток) уменьшается, ввиду чего и у-элект 5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 ронный ток также уменьшается, что опять- таки приводит к уменьшению р+ур. В итоге разряд гаснет.На фиг. 3 представлен вариант с конусным холодным катодом. Выходящие нормально к поверхности холодного катода у-электроны под действием поля в ионной оболочке после одного или нескольких отражений от стенок (угол падения равен углу отражения) попадают на управляющий электрод и либо отражаются от него обратно в полость холодного катода, либо поглощаются (в зависимости от потенциала управляющего электрода) . Анодом собираются медленные вторичные электроны, образовавшиеся в газе, и отработавшие у-электроны. Накаленный катод, как и в первых двух вариантах, служит для инициирования разряда.Представленная на фиг. 3 схема включения является схемой с двойным управлением, Подобную же схему могут иметь и варианты по фиг. 1 и 2. Эта схема особенно выгодна при формировании длинных импульсов. Другое отличие этого варианта от предыдущих - заземление анода и подача отрицательного напряжения на холодный катод.В исходном состоянии на управляющий электрод уже подано отрицательное напряжение, так что его потенциал равен или ниже потенциала холодного катода. При подаче в момент 1 на накаленный катод короткого входного сигнала 1/, в полом катоде возникает самостоятельный разряд, а на нагрузке - скачок выходного напряжения. Сопротивление смещения Р,м, подобрано так, чтобы проходящий по нему ионный ток в период горения разряда не поднимал потенциал управляющего электрода выше катодного, Сопротивление Л, - порядка десятков или сотен килоом.В момент 1 з на управляющий электрод поступает положительный импульс У такой величины, чтобы вызвать поглощение осциллирующих р-электронов. Длительность этого импульса должна быть не меньше времени распада плазмы в полом катоде, Тогда после прекращения действия сигнала У разряд прекратится. Таким образом на нагрузке йн будет сформирован импульс длительностью т=1 г - 1 ь В этой схеме не предъявляется жестких требований к спадам управляющих импульсов.Предложенный прибор может быть использован и в качестве выпрямителя. Предмет изобретения 1. Газоразрядный прибор, например коммутатор или вентиль, содержащий анод, холодный катод, вспомогательный накаленный катод и управляющий электрод, отличающийся тем, что, с целью увеличения отношения величины коммутируемого тока к коммутируемому напряжению, форма и взаимное расположение холодного катода и управляющего электрода выбраны таким образом, что нормали, восстановленные из любой точки рабочей поверхности холодного катода, пересекаются с поверхностью управляющего электрода, а расстояние между холодным катодом и управляющим электродом меньше длины свободного пробега электронов в 1 - 20 раз. 2. Прибор по холодный катод 3. Прибор но холодный катод 5 4. Прибор,по холодный катод