Диссертация (1150471), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Измерения с делителями напряжения. Для измерений узкого выброса тока в азотеиспользовалась схема с применением делителей напряжения (метод резисторной развязкирис. 4.8 а). По этой схеме в цепь анода последовательно трубке включалось измерительноесопротивление R1 номиналом до 51 кОм, делители Дл1 и Дл2 измеряли напряжение до ипосле резистора. Искомое падение напряжения на измерительном сопротивлении61определялось как разница сигналов делителей.
Ниже представлены результаты для гелия иазота (рис.4.9).Из представленных графиков видно, что оба метода измерения анодного тока даютодин результат: в цепи анода также имеется выброс тока, но он сильно отличается откатодного выброса. Главное отличие - в величине амплитуды, которая для анодного выбросаполучилась в 3 – 4 раза меньшей. Стоит отметить, что в случае азота выброс анодного токаполучился значительно шире катодного (около 12 мкс).(б)(а)Рис.4.8 Схема измерения тока с резисторной развязкой; (а) в цепи высоковольтного анода;(б) в цепи заземленного катода.5035ток в цепикатода30ток в цепикатода403020i, мАi, мА251520ток в цепианода10ток в цепианода5020010400t, мкс6000100t, мкс150200(а)(б)Рис.4.9 Осциллограммы анодного и катодного токов, записанные одновременноа) в гелии, p = 1 Торр, Rб = 520 кОм, U0 = 2,5 кВ, б) в азоте, p = 1 Торр, Rб = 260 кОм,U0 = 2,7 кВ.Правильность показаний схемы проверялась контрольным измерением тока в цепикатода и сравнением с известным результатом (см.
схему на рис.4.8 б). На рисунке 4.10приведено сравнение результатов измерений тока в цепи катода методом измерительногорезистора (прерывистая линия) и методом резисторной развязки (сплошная линия). Обаграфика показывают один и тот же сигнал, но в разных масштабах. Из рисунка можно62заключить, что схема правильно передает общий ход зависимости тока от времени.Воспроизводится резкое, почти вертикальное, нарастание сигнала на перднем фронте и спадк постоянному значению. (Самая узкая часть выброса тока, которая наблюдается, когдаизмерительное сопротивление мало (50 Ом) (см. рис.4.9 б), в данном случае не фиксируется,т.к., вероятно, интегрируется возросшим значением RC цепи.) В то же время на полученноманодном токе отсутствует резкое нарастание, которое схема должна была зафиксировать,если бы выброс тока возникал и в цепи анода.
Таким образом, полученные результатыуказывают на то, что обсуждаемый «сверхток» проходит не через всю разрядную цепь, авозникает лишь в цепи заземленного катода.5i, мА43200220240260280300320340t, мксРис.4.10 Контрольные измерения катодного тока разряда в азоте. p= 1 Торр, Rб = 520 кОм,U0 = 2,7кВ.
Измерительное сопротивление 51 кОм.20i, мА15без добавочногосопротивления10501,520i, мА152,02,5добаленосопротивление 51 кОм10501,52,02,5t, мсРис.4.11. Осциллограммы катодного тока без дополнительного сопротивления в цепикатода и с сопротивлением 51 кОм. Азот, p = 1Торр, Rб = 260 кОм, U0 = 2,7 кВ.63Окончательным доказательством этого утверждения стали результаты измерения токас малого резистора R2 при подключении последовательно с ним в цепь заземлениядобавочного сопротивления R1 (51 кОм) (рис. 4.8 б). Результат измерений приведен на рис4.11.Из осциллограмм видно, что наличие дополнительного сопротивления приводит кисчезновению самой узкой компоненты сигнала, но не сказывается на форме остальнойчасти кривой.
Полученный результат можно объяснить следующим образом. Пустьсуществует некоторый источник, создающий скачок потенциала катода относительно земли,который и приводит к возникновению выброса тока. Тогда повышение сопротивления цепидолжно приводить к снижению величины тока в ней, и, следовательно, амплитуда выбросадолжна уменьшиться. Более детальное обсуждение этого вопроса будет проводиться ниже.4.3 Предпробойный токНа осциллограммах катодного тока, представленных на рисунке 4.2 (а) и (б), можновыделить предпробойную область. Эта часть сигнала характеризуется наличием ненулевоготока в некоторый промежуток времени, предшествующий моменту пробоя.
На рис.4.12показаны одновременно сигнал тока катода полностью и отдельно, в увеличенном масштабе,его предпробойная составляющая. На этих осциллограммах видно, что предпробойный токмедленно возрастает до момента пробоя, почти скачком переходя в выброс. В процессе этоговозрастания наблюдаются осцилляции.6070Выброс тока катода50i, mAi, мА4030201040302010004Выброс тока катода605018202252467891089103,53,0i, mAi, мАпредпробойный ток2,5предпробойный ток22,01,51,00,50,001820222456t, мкс(а)7t, мкс(б)Рис.4.12 Осциллограммы катодного тока при пробое в азоте.
Давление 1 Торр.а) Rб= 520 кОм, U0 = 3.7 кВ; б) Rб= 260 кОм, U0 = 3.6 кВ;Как было указано в литературном обзоре, движение волны ионизации сопровождаетсяперемещением вдоль трубки объѐмного заряда. Поэтому разумно предположить, что сигналпредпробойного тока коррелирует с оптическим сигналом ВИ.64Для выяснения этого обстоятельства были получены осциллограммы, на которыходновременно записаны сигналы катодного тока и ФЭУ при положении световода в разныхточках разрядной трубки (рис.4.13). Заметный сигнал появляется в момент входа волны восновную (узкую) часть трубки (точки 8 – 12 см).
На верхнем графике зафиксирован такжемомент прихода ВИ на катод.Рис.4.13 Осциллограммы катодного тока и оптического сигнала ВИ, снятые синхронно.Азот, p = 1Торр, Rб = 260 кОм, U0 = 2,7 кВ. На верхнем графике указаны расстояния отанода, подписи «анод», «катод» обозначают положение световода над срезамисоответствующего электрода.Т.о., картина выглядит следующим образом. Волна ионизации возникает на анодеодновременно с небольшим всплеском предпробойного тока и медленно (Vви~106 см/с, см.рис. 3.10б) движется по широкой анодной части разрядной трубки. Именно этот промежутоквремени соответствует области, в которой не удается зарегистрировать предпробойный ток.Основной токовый сигнал наблюдается при движении ВИ по узкой части трубки, где онаимеетскорость Vви~107 см/с.
При движении по катодной части трубки скорость ВИувеличивается и достигает величины Vви4∙107 см/с, при этом предпробойный ток быстровозрастает, переходя в выброс, в момент достижения волной катода.Оценки скоростей ВИ в разных частях трубки представлены для условий рисунка 4.12.654.4. Обсуждение результатов наблюдения тока в цепи заземленного катодаПредпробойный ток в цепи заземленного катода. Как было показано выше, предпрбойныйток в этом случае коррелирует с движением волны ионизации. Этот факт можно объяснитьна основе простых соображений. В литературном обзоре было подчеркнуто тообстоятельство, что ВИ при движении переносит объѐмный заряд. Таким образом, отмомента старта волны до ее прихода на катод между электродами движется некоторый заряд,обозначим его через Q. При этом во внешней цепи должен наводиться электрический ток.
Впростейшем случае движения заряда между двумя параллельными пластинами наведенныйток равен [54]i = ev / d,где е – движущийся заряд, v – его скорость, d – расстояние между пластинами.Если применить эту формулу для нашего случая, то получается выражение дляпредпробойного тока в видеIпр. = Q vви / L,где vви скорость волны ионизации, L – межэлектродное расстояние.Из данных эксперимента видно, что ток почти монотонно растет за время движенияволны. Этот результат коррелирует с зависимостью скорости ВИ от расстояния до анода(рис.3.10б).
Кроме того, увеличение напряженности электрического поля вблизи катода (чтоне учитывается последней формулой) также приводит к росту тока.Катодныйтокнапереднемфронтеимпульса.Построимупрощеннуюэлектротехническую модель, воспроизводящую поведение тока в цепи заземленногоэлектрода. Рассмотрим пробой положительным напряжением.
В литературном обзоре былипредставлены рассуждения Вина [11] о продвижении волны ионизации, сопровождающимсязарядом некоторой погонной емкости. Из них мы возьмем представление о волне ионизациикак о плазменном образовании, фронт которого находится под потенциалом Ub и движетсяот анода к катоду.Представим разрядную трубку с одним заземленным электродом как отдельнуюэлектрическую цепь, эквивалентная схема которой показана на рис.4.14. Подчеркнемважность того обстоятельства, что речь идет о цепи разрядная трубка – земля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
