УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОНОВ С ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ВЗРЫВОЭМИССИОННЫМ КАТОДОМ Российский патент 1995 года по МПК H02M9/04 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к эмиссионной электронике.

Известно устройство электропитания источника электронов с жидкометаллическим взрывоэмиссионным катодом, представляющее собой генератор прямоугольных импульсов высокого напряжения, выход которого электрически соединен с катодом [1, 2] Существенными недостатками данного типа устройств является низкий коэффициент преобразования энергии импульса напряжения в энергию электронного пучка, отбираемого с катода, и техническая сложность изготовления и эксплуатации данного типа генераторов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, состоящее из емкостного накопителя, выполняющего также роль элекростатического вольтметра, электрически соединенного с "землей" и экстрактором, заряжаемого через высокоомный резистор от источника постоянного напряжения до порогового напряжения инициирования взрывной электронной эмиссии на поверхности жидкометаллического взрывоэмиссионного катода U_o. При достижении на емкостном накопителе напряжения пороговой величины U_o происходит срабатывание катода и разрядка емкостного накопителя через вакуумный промежуток. После разрядки емкостного накопителя вакуумный разряд гаснет и начинается цикл зарядки емкостного накопителя через зарядный резистор от источника постоянного напряжения до напряжения U_о. Частота срабатывания катода определяется величинами емкости накопителя и полного сопротивления цепи зарядки.

Описанное выше устройство имеет два существенных недостатка. Во-первых, срабатывание катода происходит только при напряжении, равном U_o, и регулирование максимальной энергии электронов в потоке, формируемом в вакуумном промежутке, требует применения дополнительных ускоряющих электродов. Во-вторых, значительная часть отбираемой от источника постоянного напряжения энергии выделяется в виде тепла на высокоомном зарядном резисторе.

Задачей изобретения является расширение диапазона рабочих напряжений и снижение потерь энергии в цепи зарядки емкостного накопителя.

Достигается это тем, что в известном устройстве электропитания источника электронов с жидкометаллическим взрывоэмиссионным катодом, содержащем емкостной накопитель энергии, электрически соединенный с одной стороны с "землей", а с другой с источником, согласно изобретению емкостной накопитель со стороны источника подключен через диод к импульсному трансформатору.

При подаче импульса напряжения на первичную обмотку импульсного трансформатора происходит передача энергии электрического импульса в энергию постоянного напряжения, запасаемую в емкостном накопителе, электрически соединенном с "землей" и источником электронов с взрывоэмиссионным жидкометаллическим катодом. Наличие диода в цепи зарядки емкостного накопителя позволяет электрическому заряду сохраняться в накопителе длительное время, значительно превышающее длительность высоковольтного импульса, пока не произойдет инициирование взрывной электронной эмиссии на катоде. Так как время запаздывания срабатывания катода в широком диапазоне напряжений превышает длительность фронта импульса зарядки емкостного накопителя, инициирование взрывной электронной эмиссии может происходить при напряжениях, существенно превышающих значение U_o. Кроме того, отсутствие резистора в цепи зарядки емкостного накопителя снижает потери энергии до величины, обусловленной потерями в импульсном трансформаторе, диоде и соединительных проводниках.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 пример конкретного выполнения предлагаемого устройства.

Устройство электропитания источника электронов с жидкометаллическим взрывоэмиссионным катодом содержит импульсный трансформатор 1, вторичная обмотка которого через диод 2 электрически соединен с емкостным накопителем 3. Емкостной накопитель 3 электрически соединен с "землей" с одной стороны, а с другой с источником электронов с жидкометаллическим взрывоэмиссионным катодом 4. Ориентация диода 2 может иметь противоположную направленность в зависимости от полярности используемого напряжения.

Устройство работает следующим образом. При подаче импульса напряжения на первичную обмотку трансформатора 1 происходит передача энергии импульса в энергию постоянного напряжения, запасаемую в емкостном накопителе 3. Благодаря наличию диода 2 не происходит разрядка емкостного накопителя 3 через вторичную обмотку трансформатора 1 после окончания импульса напряжения. В результате появления напряжения на емкостном накопителе 3 и соответственно на вакуумном промежутке источника электронов 4 происходит развитие гидродинамической неустойчивости на поверхности жидкометаллического взрывоэмиссионного катода, приводящее через некоторое время, называемое временем запаздывания, к инициированию взрывной электронной эмиссии с последующим разрядом емкостного накопителя посредством электронного потока в вакуумном промежутке. Процесс стабильно повторяется, если величина длительности фронта импульса напряжения меньше времени запаздывания.

Устройство содержит импульсный трансформатор 1, вторичная обмотка которого через диод 2 электрически соединена с емкостным накопителем 3. Емкостной накопитель 3 электрически соединен с "землей" и жидкометаллическим взрывоэмиссионным катодом 5 источника электронов 4. Первичная обмотка трансформатора 1 электрически соединена с первичным емкостным накопителем 6 через ключ (например, тиристор) 7. Первичный емкостной накопитель 6 с другой стороны через ключ 8 соединен с источником постоянного напряжения 9. В результате замыкания ключа 8 первичный емкостной накопитель 6 заряжается от источника напряжения 9, после чего ключ 8 размыкается. Через некоторое время после размыкания ключа 8 замыкается ключ 7, создавая импульсное напряжение на обмотках трансформатора 1. При этом происходит передача энергии из первичного емкостного накопителя 6 в емкостной накопитель 3 путем зарядки накопителя 3 до рабочего напряжения U_раб. При этом должно выполняться условие U_раб=kU₁, где k коэффициент трансформации импульсного трансформатора 1; U₁ напряжение на первичном накопителе 6. Для более полной передачи энергии из первичного накопителя 6 в накопитель 3 должно выполняться условие резонанса колебательных контуров, образованных обмотками трансформатора 1 и накопителями 6 и 3. При выполнении этого условия удалось достичь значения коэффициента передачи энергии из первичного емкостного накопителя 6 в емкостной накопитель 3≈75% При этом рабочие напряжения регулировались в пределах от U_o до 3U_o.

Использование: полезная модель относится к электронной технике, в частности к эмиссионной электронике. Сущность полезной модели: она содержит емкостной накопитель энергии З, электрически соединенный с одной стороны с "землей", а с другой - с источником 4, и через диод 2 - с импульсным трансформатором 1. Полезная модель позволяет расширить диапазон рабочих напряжений и снизить потери энергии в цепи зарядки емкостного накопителя. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОНОВ С ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ВЗРЫВОЭМИССИОННЫМ КАТОДОМ, содержащее емкостный накопитель энергии, электрически соединенный с одной стороны с землей, а с другой стороны с источником, отличающееся тем, что емкостный накопитель со стороны источника подключен через диод к импульсному трансформатору.