Искровой разрядник
Самую простую конструкцию имеет двухполюсный искровой разрядник, срабатывающий от перенапряжения между электродами. Оба электрода должны быть изготовлены из прочного материала, к примеру, интерметаллический композит на основе вольфрама и меди. Однако при низких частотах коммутации вполне можно применять электроды из латуни, меди или железа. Лучше выбирать полукруглые формы ( например, гайка-колпак ) или же использовать стальные шарики, впрессованные в мягкий материал. Размещение искрового разрядника в трубке из оргстекла имеет два преимущества. Во-первых, сильно приглушается громкий треск разряда, во-вторых, искровой разрядник может работать при повышенном давлении.
Ниже на диаграммах показана зависимость напряжения пробоя от расстояния между электродами, в качестве которых служат гайки-колпак с резьбой М8 ( радиус кривизны ~6,5 мм ).
Кривая красного цвета измерена при подаче на разрядник импульсного напряжения. При импульсном питании напряжение пробоя существенно выше. Искровой разрядник работает на воздухе при атмосферном давлении.
Как видно из рисунка напряжение пробоя линейно растет с повышением давления газа в разряднике. При низких частотах коммутации вплоть до нескольких десятков герц достаточно поддерживать в разряднике постоянное повышенное давление газа, что легко достигается с помощью велосипедного насоса.
Преимущество работы при повышенном давлении- это более высокое напряжение коммутации при коротком расстоянии между электродами. А уменьшение межэлектродного расстояния приводит к уменьшению индуктивности разрядника, что ускоряет время коммутации и повышает ток разряда.
Описанный разрядник подходит для коммутации с частотой до нескольких десятков герц. Его параметры можно улучшить, если осуществить продувку газа в разряднике. Однако чтобы достичь частоты коммутации в несколько килогерц следует применять так называемый рельсовый разрядник.
В этом искровом разряднике, который был разработан на заре развития радиотехники, применяются широкие плоские электроды, разделенные на небольшом расстоянии воздушным промежутком. Такая конструкция ускоряет деионизацию искрового промежутка, что может быть улучшено продувкой газового промежутка или же помещением искрового разрядника в атмосферу водорода. Чтобы, несмотря на малое межэлектродное расстояние достигнуть высокого напряжения коммутации искровой разрядник имеет несколько электродов, размещенных друг за другом в один ряд. Для схем, не требующих очень низкой индуктивности разрядника, рельсовый разрядник является неплохой альтернативой водородному тиратрону.
Части рельсового разрядника коммерческого исполнения.
Стопка из слюдяных шайб и металлических электродов запрессовывается в фарфоровый корпус. Разрядники такого вида применяются в Тесла-генераторах для включения ламп высокого давления. Разрядник был проверен при запуске небольшого лазера на парах меди.
Самодельная конструкция рельсового разрядника. Для повышения срока службы отдельные электроды имеют водяное охлаждение. Этот разрядник также был проверен при работе лазера на парах меди.
Управляемые искровые разрядники
Управляемые искровые разрядники изготавливаются в основном в двух вариантах. В одном случае- это тригатрон, а другой вариант- искровой разрядник с управлением электрическим полем. Оба варианта отлично подходят для простого самостоятельного изготовления.
Изложенный выше искровой разрядник с электродами из гайки-колпак на М8 модифицируется введением в трубку разрядника пластины-триггера. Эта пластина-триггер ( управляющий электрод ) выполнена в виде дюралевого кольца, которое вклеивается внутри трубки разрядника, а электрический контакт с кольцом осуществляет металлический винт, вкрученный в трубку разрядника с внешней стороны напротив кольца. К винту подается управляющий импульс высокого напряжения ( несколько десятков киловольт ), которое берется от высоковольтного трансформатора ( автомобильная катушка зажигания ).
Из рисунка ниже видно, что при атмосферном давлении надежная коммутация происходит при напряжении на разряднике от 6 кВ до 16 кВ.
Тригатрон
Несколько сложнее по конструкции искровые разрядники, работающие по принципу тригатрона. Один из электродов имеет отверстие по всей длине электрода. В это отверстие герметично вставляется изолированный стержень. В качестве изоляции может быть, к примеру, стеклянная трубочка, которая герметизируется несколькими каплями эпоксидной смолы. Также возможно уплотнение из тефлона. Важно, чтобы поджигающая искра между электродом и стержнем возникала лишь на острие стержня. Управляющий импульс в несколько киловольт позволяет коммутировать разрядник в широком диапазоне напряжений. Конечно, нужно обращать внимание на полярность напряжения управляющего импульса. Если верхний электрод имеет положительную полярность, то управляющий импульс должен иметь отрицательную полярность по отношению к нижнему электроду. Искровые разрядники тригатронного типа также изготавливаются на коммерческой основе.
Модель разрядника CV100 применялась в английских радарных системах 40-ых годов. С целью уменьшения ущерба окружающим от разрыва трубка разрядника снабжалась крепкой сеткой.
Модель тригатрона GP-20B фирмы EG&G имеет металлокерамический корпус.
Модель TSG фирмы Tachisto является мощным разрядником, работающим в атмосфере азота. Управляющим электродом служит модифицированная автомобильная свеча.
|