СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНОГО ВАКУУМНОГО РАЗРЯДНИКА НА ЗАДАННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ СРАБАТЫВАНИЯ Советский патент 1996 года по МПК H01T21/06 

Изобретение относится к электровакуумной технике и может быть использовано при изготовлении вакуумных сверхширокополосных разрядников с зазором в резистивной пленке, которые используют для защиты приемников электрических импульсов.

Целью изобретения является обеспечение регулирования напряжения срабатывания путем проведения настройки во время изготовления разрядника.

Сущность изобретения заключается в том, что в результате настройки формируют в резистивной пленке следы катодонаправленных стриммеров длиной, определяемой амплитудой подаваемого напряжения. Регулируя длину формируемого стриммера, регулируют напряжение срабатывания. Напряжение срабатывания разрядника может регулироваться в пределах от 500 до 200 В.

Фактически в предлагаемом способе сложно контролируемые микронеровности линий зазора в резистивной пленке заменяются на поддающиеся контролю и регулировке следы стриммеров. Осуществлению способа, кроме воздействия следов стриммеров на поверхности резистивной пленки после воздействия импульсов, способствуют также физические процессы в резистивной пленке при воздействии однократных импульсов напряжения, по которым критическая напряженность поля в воздухе отличается от критической напряженности поля в вакууме в К_c раза или отношение напряжений срабатывания в воздухе и в вакууме.

Развитием способа является возможность обеспечения работы разрядника с разнополярными импульсами напряжения. В этом случае полярность подаваемого на резистивную пленку в воздухе напряжения периодически меняют. В этом случае на поверхности резистивной пленки формируются следы двух групп и катодонаправленных в разные стороны стриммеров.

Описанную настройку разрядников необходимо проверить на воздухе, так как в вакууме разряд перекрывает резистивный слой и не создает следов стриммеров на поверхности резистивной пленки, т.е. регулировки напряжения срабатывания не происходит.

Пример конкретного исполнения способа для сверхширокополосного вакуумного разрядника, который не должен срабатывать при воздействии однократных импульсов длительностью 1 мкс, но должен срабатывать многократно при длительности импульса 10 мкс и амплитуде импульса 1500 В и более.

Конструктивные параметры следующие: материал диэлектрического основания
поликор; материал и поверхностное сопротивление резистивной пленки РС 1004 1500 Ом/квадрат; размеры резистивного элемента 3х6 мм; ширина зазора 4 прототипа 50 мкм; ширина зазора 4 для предлагаемого способа 30 мкм.

В прототипе напряжение срабатывания составило 1200 1300 В.

Для определения коэффициента К_c изготовлены образцы резистивного элемента без зазора. К контактным площадкам прикладывался однократный импульс напряжения длительностью 10 мкс в представленной на фиг.2 блок-схеме. Схема балансировалась переменным мощным резистором Р2 при небольшой амплитуде импульса по минимуму дифференциального сигнала, затем амплитуда постепенно повышалась до тех пор, пока на экране осциллографа не будут видны искажения плавно изменяющегося сигнала, свидетельствующие о началах пробоя резистивной пленки. При этом фиксировалась амплитуда импульса (при известной длине резистивного слоя критическая напряженность поля также фиксирована). Критическая напряженность поля в резистивной пленке в воздухе может быть определена и другим известным способом, например по измерению изменения сопротивления резистивного элемента. Затем резистивный элемент помещался в вакуумную камеру при давлении от 10^-3 до 10^-6 мм Нg и определялась аналогично критическая напряженность поля в резистивной пленке, находящейся в вакууме. Отношение измеренных амплитуд импульсов (или критических напряженностей полей) в воздухе и в вакууме коэффициент К_c. Экспериментально для разных образцов он составлял 1,2 1,4, т.е. в среднем 1,3.

При требованиях к разряднику по срабатыванию при амплитуде импульса 1500 В и более было выбрано требуемое напряжение срабатывания 1300 В.

На резистивный элемент с зазором 30 мкм (в 1,5 раза меньшим чем у прототипа) на воздухе подавались импульсы с частотой следования 20 50 Гц, длительностью 1 мкс и амплитудой, меньшей, например, 700 В. По осциллографу (см. блок-схему для осуществления способа, фиг.3) наблюдают прохождение импульсов. Если импульсов нет, значит нет разрядного тока, то повышают амплитуду ступенчато, например, через 20 В. Если импульсы есть, прирабатывают резистивный элемент до тех пор, пока частота импульсов на порядок не уменьшится, на осциллографе видны пропадания импульсов. В эти моменты появляются искровые разряды вдоль поверхности резистивной пленки, которые оставляют следы катодонаправленных стриммеров длиной l_c (см. фиг.4). Длина образования следов зависит от предложенного напряжения или от тока в разряде. При токе в разряде 10 мА длина образованного стриммера 15 мкм/мА или 0,3 мкм/В приложенного напряжения. Процесс приработки завершают после обработки импульсами с амплитудой, равной К_c•р, т.е. 1700 В.

Чем меньше ступени увеличения амплитуды импульса, тем более равномерно покрыта пленка сеткой мелких стриммеров, тем с большей точностью можно задать напряжение срабатывания разрядника. Частота следования и длительность импульсов принципиального значения не имеют. Диапазон частот следования и длительность импульса выбирают из удобства наблюдения с помощью стандартного осциллографа и приближаясь к реальной работе прибора с импульсами. Затем помещают резистивный элемент в вакуумную колбу.

Таким образом, разработав конструкции и технологию изготовления резистивного элемента одного исполнения (с использованием всего двух фотошаблонов), получили с использованием предлагаемого способа настройки серию вакуумных разрядников с различным напряжением срабатывания. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Использование: защита приемников. Сущность: формируют зазор в резистивном слое на диэлектрической подложке. Величину зазора устанавливают, в 1,5 - 2 раза меньшей величины зазора, необходимой для обеспечения заданного напряжения срабатывания. Перед установкой подложки с зазором в вакуумную среду на воздухе производят настройку зазора импульсами напряжения с амплитудой, меньшей напряжения срабатывания. 1 з.п. ф-лы. 4 ил.

1. Способ изготовления сверхширокополосного вакуумного разрядника на заданное напряжение срабатывания, согласно которому формируют зазор в резистивном слое и помещают диэлектрическую подложку с указанным резистивным слоем в вакуумную среду, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности регулирования напряжения срабатывания путем создания контролируемых микронеровностей на краях зазора резистивного слоя в процессе изготовления разрядника, величину зазора в резистивном слое устанавливают в 1,5 2 раза меньшей величины зазора, необходимого для обеспечения заданного напряжения срабатывания U_cp, а затем перед установкой диэлектрической подложки с резистивным слоем в вакуумную среду на воздухе производят настройку, заключающуюся в том, что к контактным площадкам резистивного слоя прикладывают импульсы напряжения амплитудой, меньшей заданного напряжения срабатывания U_cp фиксированной длительности и частоты, контролируя появление импульсов тока разряда до тех пор, пока период появления импульсов тока разряда не уменьшится на порядок по сравнению с первоначальным, затем амплитуду прикладываемых импульсов напряжения увеличивают ступенями до напряжения величиной U_max, контролируя каждый раз уменьшение периода появления импульсов тока разряда на порядок, при этом величину U_max устанавливают в зависимости от заданной величины U_cp в соотношении U_max= U_ср• К, где К коэффициент среды, равный отношению критических напряженностей электрического поля в резистивном слое на воздухе и в вакууме. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения срабатывания разрядника от разнополярных импульсов, к контактным площадкам резистивного слоя в процессе настройки на воздухе прикладывают попеременно с периодом 10 20 с то отрицательные, то положительные импульсы напряжения.