7. Методы оценки эмиссионной способности ненакаливаемых катодов разрядников.

Исследования вольтсекундных характеристик пробоя (т. е. зависимостей напряжения пробоя от скорости нарастания напряжения) дают определённую информацию об эмиссионных свойствах ненакаливаемых катодов разрядников. Известно, что эмиссию с катода газорязрядного промежутка можно оценить исходя из закона Лауэ:

(1)

где τ_з – время запаздывания пробоя, измеренное при подаче на электроды импульсов напряжения прямоугольной формы, R – скорость поступления электронов с катода в межэлектродный зазор, W – вероятность пробоя одним электроном. При достаточно большой амплитуде прямоугольного импульса напряжения U_а (т. е. при (U_а – U_ст)/U_ст > 0,9 ) можно считать, что вероятность пробоя одним электроном близка к 1 (т. е. W = 1). Тогда выражение (1) можно переписать в виде:

или (2)

Здесь q_e – заряд электрона, i_э – эмиссионный ток с катода.

Итак, измерив время запаздывания пробоя по формуле (2), можно было бы вычислить эмиссионный ток катода.

Недостатком данного метода является то, что при изменении амплитуды измерительного импульса напряжения прямоугольной формы изменяются механизмы поступления электронов в межэлектродный зазор, а, следовательно, и значения рассчитываемых эмиссионных токов. Поэтому неясны критерии выбора амплитуды измерительного импульса напряжения. Кроме того, поскольку время запаздывания пробоя (при измерении с помощью прямоугольных импульсов напряжения) экспоненциально уменьшается с ростом амплитуды импульса напряжения, то измеренные времена запаздывания имеют большой разброс. Это существенно снижает точность оценок.

Эмиссионную характеристику катода можно оценить по изменению в ширине функции распределения плотности вероятности напряжения пробоя:

(3)

где P_v(U) – функция плотности вероятности напряжения пробоя,

F_v(U) –распределение вероятности для случайной переменной U.

Соотношение (3) получено в предположении, что вероятность статического напряжения пробоя, т. е. пробоя при скоростях нарастания напряжения dU/dt < 10³ В/с, пропорциональна dt. Однако, это допущение справедливо только при достаточно высоких скоростях нарастания напряжения. Расчёт эмиссии катода по формуле (3) даёт разброс значений i_э почти на два порядка величины.

Наиболее достоверные значения эмиссионных токов можно получить при расчете по следующей формуле:

, (4)

где q_e – заряд электрона, [Кл];

dU/dt – скорость нарастания напряжения, [В/с];

tgΨ – тангенс угла наклона кривой U = f(lg dU/dt), [В].

Часть 2. Эксперементальное исследование параметров защитных разрядников.

2.1 Описание установки.

Блок-схема установки изображена на рис. 2.

1 2 3

Рис. 2. Блок-схема установки.

Экспериментальная установка состоит из вычислительного комплекса ДВК (1), блока ИС-1300 (2) и подключаемому к нему испытуемого разрядника (3). В состав блока ИС-1300 входят: генератор линейно-нарастающего напряжения, аналого-цифровой преобразователь, пиковый детектор. Все измерения выполняются автоматически по программе, записанной на дискете. Результаты измерений отображаются на дисплее и могут быть выведены на печать.