Диссертация (1150471), страница 16
Текст из файла (страница 16)
То,что пробой происходит именно в точке локального максимума кривой U(t), доказываетсясравнением осциллограмм напряжения и тока разряда (рис.5.6б).252.02.01201.0U, кВU, кВ1.52151.0100.50.550.00.03.03.5t, мс(а)4.000.200.250.30t, мс(б)0.350.400.45i, мА1.577Рис.5.6 р = 1 Торр, Rb = 260 кОм, период 200 мс. а) Осциллограммы напряжения.dU/dt = 5,1·106 В/с (1), 1.3·107 (2); б) Осциллограммы напряжения и тока,dU/dt = 1.3·107 В/с.При отрицательной полярности импульсов напряжения падающая зависимостьпробойного потенциала от dU/dt сохраняется вплоть до периода повторения разрядныхимпульсов 1 с (рис.5.7а).
При этом стохастический характер выражен слабо, посколькуотсутствует существенный разброс значений. В отличие от пробоя положительнымнапряжением, в данной ситуации спад происходит начиная с минимальной крутизны фронтаи не наблюдается протяженная область высоких значений Ub. Лишь при интервале междуимпульсами в 10 с наблюдается существенное увеличение статистического разброса Ub,особенно при большой крутизне фронта импульса, но полученная зависимость Ub(dU/dt)2,22,72,12,42,02,11,91,81,8Ub, кВUb, кВявно не возрастающая (рис.5.7б).1,71,61,51,20,91,50,61,40,31,360,0710106107dU/dt, В/сdU/dt, В/с(а)(б)10Рис.5.7 Зависимость пробойного напряжения от dU/dt, p= 1 Торр, Rб = 260 кОм, периодповторения: а) 1 с, б) 10 с. Анод заземлен2,01,91,81,8Ub, кВUb, кВ1,71,61,61,51,41,46107dU/dt, В/с10671010dU/dt, В/с78(а)(б)Рис.5.8 Зависимость пробойного напряжения от крутизны фронта импульса.
p= 1 Торр, Rб =260 кОм, период повторения: а) 200 мс, б) 100 мс. Анод заземленДля периода повторения импульсов 200 мс в области dU/dt от 0,5∙103 В/мс до 5∙103В/мс имеется максимум Ub, после которого наблюдается плавный спад с выходом на слабоизменяющееся значение (рис.5.8а). При этом спад происходит всего в 1,2 раза.
При малыхdU/dt стандартное отклонение Ubдовольно большое, в дальнейшем оно убывает вместе свеличиной Ub, достигая значения, равного примерно 20 В.Из сравнения этого графика с аналогичной кривой, полученной для пробоя сзаземленным катодом (рис.5.9), видно, что значения пробойных напряжений в областимаксимума для случая заземленного анода находятся ниже. Но в области высоких dU/dtситуация обратная: значения Ub при заземленном катоде ниже (рис.5.9). При любых наклонахфронта импульса напряжение пробоя с заземленным анодом всегда выше напряжения вUb, кВустановившемся разряде.Заземленный анодЗаземленный катод2,12,01,91,81,71,61,51,41,31,21,11,00,9510671010dU/dt, В/сРис.5.9 Сравнение зависимостей напряжения пробоя от крутизны фронта импульса приразличных полярностях напряжения источника.
p = 1 Торр, Rб = 260 кОм.В начальной части кривой рис.5.8а видна плохо воспроизводящаяся структура Приповышении частоты повторения импульсов до 10 Гц (рис.5.8б) структура становится болееявной и выражается в виде отчетливого минимума.5.3. Связь скорости волны ионизации с быстротой роста напряженияПрипробоесзаземленнымкатодомизмеренияпробивногонапряжениясопровождались измерениями скорости волны ионизации. Эта величина также исследоваласькак функция крутизны фронта и частоты следования импульсов напряжения.79Эксперимент был организован таким образом, что при записи осциллограммынапряжения синхронно записывался сигнал с ФЭУ.
В итоге оказалось возможнымпроследить зависимость скорости ВИот реализующегося значения динамическогонапряжения пробоя Ub. Ранее в других работах производились измерения зависимостейскорости волн ионизации от амплитуды приложенного импульса напряжения, связь же снапряжением зажигания не исследовалась. По этой причине приведем вначале результаты(измерений зависимости) в условиях отсутствия влияния предыдущих импульсов напробой.
Для этих целей разряд зажигался в режиме ручного запуска с интервалом междуимпульсами не менее 1 мин. Графики на (рис. 5.10 а, б) показывают очень большой разбросзначений скорости ВИ и реализующегося значения пробойного напряжения от импульса кимпульсу. График на (рис.5.10 в) демонстрирует, тем не менее, однозначно выраженную(корреляционную зависимость).1603,5140VВИ 106см/с4,03,0Ub, кВ2,52,01,51201008060401,0200,500,001020304050номер пробоя01020304050номер пробоя(б)(а)160VВИ, 106 см/с140120Рис. 5.10.1008060402001,01,52,02,5Ub, кВ3,03,5p = 0,6 Торр, Rб = 260 кОм, dU/dt = 2∙105В/са) разброс значений напряжения пробоя;б) разброс значений скорости ВИ;в) корреляционная связь между скоростьюВИ и реализующимся напряжением пробоя.(в)На рисунке 5.10 г представлен набор точек, отвечающих корреляционнымзависимостям, полученным при различных скоростях роста напряжения.
Можно заметить,что лишь точки для минимальной скорости роста напряжения, равной 5 В/мс, выбиваются изобщей тенденции. То, что точки, отвечающие скоростям роста напряжения, отличающимся в805 – 6 раз, укладываются на одну общую кривую, показывает, что зависимость скорости ВИот Ub сильнее, чем от dU/dt, по крайней мере, когда последняя изменяется в исследованномдиапазоне. Примечательно, что вид этой кривой близок к линейному.180dU/dt = 5 В/мсdU/dt = 1750 В/мсdU/dt = 360 В/мсdU/dt = 280 В/мсdU/dt = 1560 В/мс1601401006VИВ, 10 см/с1208060402001,01,11,21,31,41,51,61,71,81,92,02,12,2Ub, кВРис.5.10 г. Зависимость скорости ВИ от величины динамического напряжения пробоя.p = 0,6 Торр, Rб = 260 кОм.Схожая зависимость наблюдалась при проведении аналогичного эксперимента вгелии.
В этом случае использовались импульсы с экспоненциальным фронтом. Дляизменения скорости роста напряжения параллельно трубке подключались конденсаторыразличной емкости и использовались различные балластные резисторы (260, 520 и 1010кОм).10083*10 В/с81,2*10 В/с75*10 В/с73*10 В/с72,5*10 В/с72*10 В/с71,8*10 В/с71,5*10 В/с710 В/с65*10 В/с62,5*10 В/с6VВИ10 см/с1010,11,21,41,61,82,02,22,42,62,83,0Ub, кВРис.5.11 Зависимость скорости волны ионизации от величины динамического напряженияпробоя при различных начальных скоростях роста напряжения. Гелий p = 1,0 Торр,81напряжение источника 3,1 кВНа рисунке 5.11 представлены соответствующие результаты для различныхначальных скоростей роста напряжения (dU/dt)0 = UPS/RбC, где C – добавочная емкость, UPS –напряжение источника.
Так же, как и в случае пробоя в азоте линейно-растущимнапряжением, точки, отвечающие разным скоростям роста напряжения, стремятся к однойкривой, вне зависимости от значения RбC,. В области низких скоростей роста напряжениянаблюдается изгиб кривой, после которого ее дальнейший ход близок к линейному. Такимобразом, корреляция между скоростью ВИ и напряжением пробоя наблюдается для двухразных газов при разных условиях возбуждения разряда и в диапазоне скоростей ростанапряжения, составляющих примерно два порядка величины.Теперь рассмотрим случай достаточно высокой частоты повторения импульсов, когдавозможно влияние предыдущего импульса на скорость ВИ. На рисунке (5.12а) представленырезультаты измерений скорости ВИ в случае, когда разряд зажигался последовательностьюимпульсов линейно-растущего напряжения с периодом 200 мс и различными наклонамифронта.50520кОм260кОм1100кОм100кОм40306<VВИ> 10 см/с6VВИ, 10 см/с302010520K1100K100K260K40201000-10610781010dU/dt, В/с0,60,81,01,21,41,61,82,0<Ub>, кВ(а)(б)Рис.
5.12. Зависимость усредненной скорости ВИ а) от быстроты нарастания напряжения, б)от среднего пробойного напряжения. Давление 0,6 Торр, период повторения 200 мс.Кривые получены для четырех различных балластных резисторов и отражаютзависимость усредненной скорости ВИ от быстроты роста напряжения. Сравнение этогорисунка с рис. 5.4б показывает, что скорость ВИ, как и в предыдущих случаях, «следит» занапряжением пробоя, проявляя схожую зависимость от dU/dt. В области низких значенийскорости роста напряжения наблюдается максимум, затем резкий спад. Правда, принаибольших значениях⁄В/с, когда наблюдаются минимальные пробойные82напряжения, скорость ВИ, наоборот, возрастает. На (рис.5.12б) из представленных кривыхполучена зависимость усредненной скорости ВИ от усредненного пробойного напряжения.Области максимальных значений dU/dt отвечают выпадающие из общей зависимости точкипри минимальных <Ub>.
Так же, как в экспериментах с изменяемым RC, наблюдаетсянезависимость результатов от величины балластного сопротивления.5.4. Эффект памятиОписанные выше результаты демонстрируют явную зависимость характеристикпробоя от частоты повторения разрядных импульсов. Из всех описанных случаев в общиепредставления о пробое как о стохастическом процессе укладываются только результаты дляпериода 1с при заземленном катоде, и, с оговорками, для периода 10 с при заземленноманоде.
При меньших периодах возникает влияние на пробой предыдущего импульса, чтопроявляется, в частности, в низком разбросе значений напряжения зажигания.2,01,6Uт, кВUт, кВ1,50,81,00,50,00,0051015t, мс(а)2025510t, мс152025(б)Рис.5.13 Набор осциллограмм импульсов напряжения, прикладываемых к трубке приразличных задержках меду ними.p = 1Торр, Rб = 260кОм, а) dU/dt = 5,1∙106В/с, б)dU/dt =13∙106В/с.Таким образом, возникает эффект памяти, стабилизующий момент пробоя и снижающийсреднее значение пробойного напряжения.
При этом эффект памяти испытывает и волнаионизации. Падающая зависимость Ub(dU/dt), возможно, также является одним из егопроявлений.Рассмотрим эксперименты по пробою парами импульсов. Так как была обнаруженазависимость динамического пробойного напряжения от крутизны фронта импульса, то,очевидно, что кривые Ub(Δt), где Δt – интервал времени между импульсами в паре, будутразными для разныхdU/dt.
Задержка между импульсами в паре варьировалась от 0,5 до 60-7083мс. Для исследований были выбраны шесть значений dU/dt: три значения в областимаксимума на кривых Ub(dU/dt), три – после спада напряжения, в области его выхода наприблизительно постоянный уровень.5.4.1 Пробой с заземленным катодомНа рисунке (5.13 а, б) приведены наборы осциллограмм, иллюстрирующих обаимпульса при различных задержках и двух значениях наклона фронта импульса 5,1∙10 6В/с и13∙106В/с.
Фронты первых импульсов совмещены по моменту приложения напряжения ктрубке. Представлен набор задержек от 0,5 мс до 8,5 мс, который отвечает области наиболеесильного влияния предыдущего импульса на пробой. Если сравнить напряжения зажиганияпервого Ub1 и второго импульсов Ub2, то можно заметить, что при большом значении dU/dt(13∙106В/с) проявляется ситуация, когда Ub2 >Ub1, то есть наблюдается аномальный эффектпамяти.2,25мс2,01,86мс1,6Uт, кВ3,5мс1мспервыйимпульс1,41,20,5мс1,0<Ub1>7мс0,820мс0,60,40,20,0050100150200250300t, мксРис. 5.14 Осциллограммы напряжения на трубке и разрядного тока при задержках от 0,5до 5 мс; Rб= 260 кОм, U0= 3.6 кВ, dU/dt = 5.6∙106 В/с.На рис.5.14 представлены осциллограммы развернутых передних фронтов импульсовнапряжений для этого значения dU/dt. Отдельно показан фронт первого импульса, а фронтывторого импульса совмещены в точке начала роста напряжения, подписи рядом с нимиуказывают на величину задержки Δt.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
