43 ЭЛЕКТРОНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - Страница 5

В. Д. Анисимов, Ю. В. Киселев, Е. В. Тинина, В.М.Яшкова

МИНИАТЮРНЫЙ НЕУПРАВЛЯЕМЫЙ ЗАЩИТНЫЙ РАЗРЯДНИК

 

Описан миниатюрный неуправляемый защитный разрядник на статическое напряжение пробоя 600 В.

 

Новые коммутационные системы в средствах связи, рост многообразия различной  радиотехнической аппаратуры, возникновение новых режимов требуют расширения номенклатуры разрядников. Причем часто требуются разрядники для определенной аппаратуры малыми сериями. Разрядники относятся к недорогим коммутирующим приборам, так как от начала разработки до внедрения в аппаратуру проходит мало времени. Время можно существенно сократить, если при разработке в качестве основы использовать существующие элементы конструкций разрядников.

В данной работе описываются результаты такого способа разработки миниатюрного неуправляемого разрядника на статическое напряжение Uст пробоя 560-660 В, обеспечивающего два режима коммутации: I-10 пробоев при синусоидальном токе 2 А длительностью импульса 1с; II-10 пробоев при импульсном токе 10 нА и с формой импульса 8/20 мкс.

Миниатюрные неуправляемые разрядники имеют ряд базовых конструкций. Оболочки образуют керамические цилиндры диаметром до 10 мм с двумя электродами из сплава На-Вu. Для стабилизации электрических параметров приборов на керамику наносят радиоактивный изотоп Ni-63 с активностью ~ 0,05 мкКю и графитовые дорожки. Высота приборов составляет 5-10 мм. Наполнение - инертные газы.

Анализ показал, что по электрическим параметрам наиболее близким к разрабатываемому разряднику являются разрядники Р-165 и Р-165-М [1,2]. Их конструкции были приняты базовыми. Получение необходимого статического напряжения пробоя при заданной конструкции на практике можно осуществить путем подбора типа катода, межэлектродного расстояния и наполнения прибора.

В ходе исследований было опробовано в качестве электродов два вида композиционных катодов: порошок никеля и алюмосиликата цезия (разрядник Р-165-1М), порошок вольфрам-никель-медь с алюмосиликатом бария и кальция (разрядник Р-165). Катоды представляют собой прессованные таблетки, спеченные в высокотемпературной водородной печи.

Анализ работы разрядников в заданных режимах при наполнении их аргоном показал следующее: катоды из материала с алюмосиликатом цезия не выдерживают подобные токовые нагрузки. У них напряжение Uст пробоя падает в амперном режиме на 100-150 В от нулевых замеров, а потом в килоамперном  режиме доходит до 1000 В, что является недопустимым разбросом статического напряжения пробоя при эксплуатации прибора.

Испытания разрядников с электродами из материала с алюмосиликатом бария-кальция дали положительный результат (рис.1,а). Разброс напряжения Uст пробоя при испытании образцов в обоих режимах не превышает 90 В (заштрихованная область).

Отрезок А представляет собой 1-й режим работы разрядников -синусоидальный ток 2А длительностью 1 с. Приборы прошли испытания десятью импульсами. Затем эти же разрядники испытывались в режиме II – импульсный ток 10 кА с формой импульса 8/20 мкс (отрезок В), в котором также 10 пробоев (участок В). В сумме получается 20 пробоев в режимах I и II. Напыление на керамическом корпусе наблюдается только напротив межэлектродного зазора. По результатам испытания можно сделать вывод, что катод из этого порошка является достаточно дугостойким. Это объясняется его структурой. Вольфрам, который обладает высокой стойкостью против ионной бомбардировки, образует каркас в структуре. Медь заполняет ячейки этого каркаса, принимая токовую нагрузку, так как она обладает высокой электронной теплопроводностью, а также служит охлаждающим расходуемым компонентом при воздействии электрической дуги на поверхность электрода. Никель способствует созданию беспористой структуры при прессовании. Активная добавка алюмосиликата бария – кальция с низкой работой выхода повышает эмиссионные свойства катода.

В последнее время хорошо себя зарекомендовало наполнение миниатюрных разрядников в виде смеси аргона с водородом, в частности разрядник Р-165-1М.

Поэтому были проведены исследования  с этим наполнением  и катодами из порошка никель-алюмосиликат цезия, которые характеризуются лучшей эмиссионной активностью (рис.1,б). Смесь аргона с водородом способствует  увеличению статического напряжения пробоя, что дает возможность уменьшить межэлектродное расстояние, так как это стабилизирует параметры приборов.

Результаты испытаний дали также положительный результат.

Для выбора межэлектродного расстояния и давления газа провели исследования зависимости статического напряжения пробоя от их произведения. Соответствующие кривые  приведены на рис. 2.

Согласно полученным результатам, было установлено, что для обеспечения статического напряжения пробоя 560÷660 В при использовании катода вольфрам-медь-никель с алюмосиликатом бария и кальция и наполнения прибора аргоном заданному напряжению соответствуют значения межэлектродного расстояния 1,4-1,5мм и давления газа 40-50 мм рт.


ст., а разрядники с катодами из порошка никель-алюмосиликат цезия должны иметь межэлектродное расстояние 0,4-0,5 мм и газовое наполнение – смесь аргона и 10 % водорода при давлении 60-70 мм рт. ст.

Рис.2. Зависимость статического напряжения пробоя от произведения давления газа на межэлектродное расстояние при наполнении  Ar+10%H2.

I – катод W-Cu-Ni-5% (3BaO*0,5CaO*Al2O3*0,5SiO2);

II – катод – Ni-10%(Cs2CO3*Al2O3*2SiO2)

 

Сравнение работы двух видов разрядников показало, что последний обеспечивает большую стабильность при эксплуатации в требуемых режимах. Поэтому он был выбран для дальнейшего производства.

Таким образом, по проведенным исследованиям можно сделать вывод, что, используя существующие конструкции разрядников с различными катодами, наполнением, подбирая давление газа и геометрию разрядного промежутка, возможна разработка приборов на широкий диапазон статического напряжения пробоя.

 

Библиографический список

 

  1. Анисимов В. Д., Бельский Д. П., Киселев Ю. В., Яшкова В. М. Неуправляемые газонаполненные разрядники и перспективы их развития//Электроника: Межвуз. сб. Рязань: РГРТА, 2001. С. 28-32.
  2. Тинина Е. В., Яшкова В. М. Миниатюрный неуправляемый разрядник для емкостных накопителей энергии//Электроника: Межвуз. сб. Рязань: РГРТА, 2001. С. 43-46.

 

Материал поступил в редколлегию 12.02.02

 

 

 

УДК 621.08.04