Импульсный подмодулятор генератора наносекундных импульсов

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в высоковольтных генераторах наносекундных импульсов для возбуждения лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов. Технический результат заключается в повышении надежности работы элементов генератора наносекундных импульсов в целом. Это достигается за счет контроля давления водорода тиратронного коммутатора и концентрации зарядов в его катодно-сеточной области, а также за счет контроля уровня напряжения на элементах генератора наносекундных импульсов. Подмодулятор содержит тиратронный коммутатор (1) тетродной конструкции, зарядное устройство (ЗУ) (2), накопитель энергии (3), сопротивление нагрузки (4) (газоразрядную лазерную трубку), первый и второй генераторы импульсов (6, 11), схему задержки (12), генератор синхронизирующих импульсов (8), источник отрицательного напряжения (10), устройство стабилизации напряжения подогревателя генератора водорода (СТГВ) (14), а также источник опорного напряжения (18). Отпирающий импульс управления на сетку подготовительного разряда подают только при наличии сигнала обратной связи как с выхода СТГВ (14), так и при наличии сигнала обратной связи с выхода ЗУ (2) генератора наносекундных импульсов. 1 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в высоковольтных генераторах наносекундных импульсов для возбуждения лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является импульсный подмодулятор, содержащий тиратронный коммутатор, анод которого соединен с зарядным устройством и емкостным накопителем энергии, подключенным через нагрузку к катоду тиратронного коммутатора. Сетка подготовительного разряда через генератор импульсов подключена к генератору синхронизирующих импульсов. Управляющая сетка соединена с источником отрицательного напряжения и генератором импульсов, который через схему задержки соединен с генератором синхронизирующих импульсов [Описание изобретения к авторскому свидетельству №1592917, H 03 K 3/53, опубл. 15.09.90. Бюл.№34].

Недостатком известного устройства является низкая надежность работы элементов генератора наносекундных импульсов в целом.

Задачей изобретения является повышение надежности работы элементов генератора наносекундных импульсов путем контроля давления водорода тиратронного коммутатора и концентрации зарядов в его катодно-сеточной области, а также путем контроля уровня напряжения на элементах генератора наносекундных импульсов.

Задача изобретения решается тем, что в импульсный подмодулятор, содержащий тиратронный коммутатор тетродной конструкции, имеющий не менее двух управляющих электродов, анод которого соединен с зарядным устройством и емкостным накопителем энергии, который в свою очередь через нагрузку подсоединен к катоду тиратронного коммутатора, при этом сетка подготовительного разряда тиратронного коммутатора через первый генератор импульсов подключена к первому выходу генератора синхронизирующих импульсов, а управляющая сетка соединена с источником отрицательного напряжения и вторым генератором импульсов, который через схему задержки соединен со вторым выходом генератора синхронизирующих импульсов, дополнительно введено устройство стабилизации подогревателя генератора водорода, соединенное с выводом накала генератора водорода и катодом тиратронного коммутатора, при этом выход сигнала обратной связи устройства стабилизации напряжения подогревателя генератора водорода соединен с первым входом генератора синхронизирующих импульсов, а также источник опорного напряжения, соединенный с первым входом зарядного устройства, выход сигнала обратной связи которого в свою очередь соединен со вторым входом генератора синхронизирующих импульсов, третий выход которого соединен со вторым входом зарядного устройства.

Устойчивая работа тиратронного коммутатора в импульсном режиме существенно зависит от давления водорода. Диапазон рабочих давлений водорода, в котором импульсный тиратрон работает устойчиво с частотой, задаваемой генератором синхронизирующих импульсов, без перехода из режима импульсной работы в режим дугового разряда, без искажения импульса тока анода и пропусков отпирания, при отсутствии искрения катода, обрывов тока сетки и перегрева анода, имеет верхний и нижний пределы. Известно, что с понижением давления (плотности) водорода в тиратронном коммутаторе доля коммутационных потерь резко увеличивается, а с повышением давления водорода возрастают, например, послеимпульсные потери.

Таким образом, для тиратронного коммутатора существует оптимальная величина давления водорода.

Уход от оптимального давления с целью, например, повысить электрическую прочность тиратронного коммутатора или уменьшить потери в нем, может привести к тому, что давление в тиратроне приблизится к верхнему или нижнему пределу, когда не может быть гарантирована надежная и долговечная работа тиратронного коммутатора [Фогельсон Т.Б. и др. Импульсные водородные тиратроны. М., Сов. радио, 1974].

Давление водорода тиратронного коммутатора, а также концентрация зарядов в его катодно-сеточной области в значительной степени определяются источником стабилизированного напряжения генератора водорода. Поэтому косвенный контроль давления водорода и концентрации зарядов в катодно-сеточной области тиратронного коммутатора могут быть выполнены по уровню выходного напряжения источника накала генератора водорода.

Кроме того, уровень номинального напряжения на элементах генератора наносекундных импульсов ограничен, но при пропусках зажигания тиратронного коммутатора каждый следующий зарядный импульс напряжения увеличивает рабочее напряжение на элементах генератора соответственно в два, три и т.д. раз. Следовательно, надежная работа элементов генератора наносекундных импульсов для возбуждения лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов также требует контроля работы зарядного устройства.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит тиратронный коммутатор 1, зарядное устройство 2, емкостной накопитель 3 энергии, нагрузку 4 (газоразрядную лазерную трубку), сетку 5 подготовительного разряда, первый генератор 6 импульсов, генератор 8 синхронизирующих импульсов, управляющую сетку 9, источник 10 отрицательного напряжения, второй генератор 11 импульсов, схему 12 задержки, а также дополнительно введенные устройство 14 стабилизации подогревателя генератора водорода и источник 18 опорного напряжения.

При этом анод тиратронного коммутатора 1 соединен с зарядным устройством 2 и емкостным накопителем 3 энергии, который через нагрузку 4 (газоразрядную лазерную трубку) подсоединен к катоду тиратронного коммутатора 1. Сетка 5 подготовительного разряда тиратронного коммутатора 1 через первый генератор 6 импульсов подключена к первому выходу 7 генератора 8 синхронизирующих импульсов. Управляющая сетка 9 соединена с источником 10 отрицательного напряжения и вторым генератором 11 импульсов, который через схему 12 задержки соединен со вторым выходом 13 генератора 8 синхронизирующих импульсов. Устройство 14 стабилизации подогревателя генератора водорода соединено с выводом 15 накала генератора водорода и катодом тиратронного коммутатора 1, при этом выход 16 сигнала обратной связи устройства 14 стабилизации напряжения подогревателя генератора водорода соединен с первым входом 17 генератора 8 синхронизирующих импульсов. Источник 18 опорного напряжения соединен с первым входом 19 зарядного устройства 2, выход 20 сигнала обратной связи которого соединен со вторым входом 21 генератора 8 синхронизирующих импульсов, третий выход 22 которого соединен со вторым входом 23 зарядного устройства 2.

При работе устройства отпирающий импульс управления с генератора 8 синхронизирующих импульсов подается на первый генератор 6 импульсов только при наличии сигнала положительной обратной связи с выхода 16 источника 14 стабилизированного напряжения генератора водорода, а также при наличии сигнала отрицательной обратной связи с вывода 20 зарядного устройства 2. Первый генератор 6 импульсов формирует сильноточный импульс на сетку 5 подготовительного разряда, в результате в промежутке сетка-катод тиратронного коммутатора 1 формируется начальная концентрация зарядов. На управляющую сетку 9 в этот момент времени подан отрицательный потенциал с источника 10 напряжения и, таким образом, тиратронный коммутатор 1 остается в закрытом состоянии. Отпирающий импульс положительной полярности на управляющую сетку 9 формируется вторым генератором 12 импульсов, который сдвинут во времени относительно импульса на сетку 5 подготовительного разряда. За время действия устройства 11 задержки ток подготовительного разряда достигает максимального значения, происходит рост начальной концентрации зарядов в промежутке сетка-катод, которая достигает максимального значения в момент окончания действия задержки, и плотность плазмы в области управляющая сетка 9-катод тиратронного коммутатора 1, в которую проникает поле анода, становится достаточной для распространения проводимости на весь тиратронный коммутатор 1. Тиратронный коммутатор 1 срабатывает, и накопитель 3 энергии разряжается на нелинейное сопротивление нагрузки 4, в качестве которой может быть использована, например, газоразрядная трубка лазера на химических элементах.

Если величина давления водорода тиратронного коммутатора 1, определяемая устройством 14 стабилизации напряжения подогревателя генератора водорода, в процессе работы изменится относительно оптимальной величины, то сигнал обратной связи с выхода 16 будет отсутствовать и отпирающий импульс управления генератором 8 синхронизирующих импульсов на первый генератор 6 импульсов не будет подаваться. Кроме того, при срабатывании зарядного устройства 2 и, например, пропуске срабатывания тиратронного коммутатора 1 сигнал обратной связи с выхода 20, сравниваемый с величиной опорного напряжения источника 18 на входе 19 зарядного устройства 2, также будет отсутствовать. В результате этого будет отсутствовать сигнал управления на входе 23 зарядного устройства 2, и увеличения рабочего напряжения на элементах генератора наносекундных импульсов выше номинального не произойдет.

Практическая реализация предлагаемого устройства была осуществлена в генераторе наносекундных импульсов для возбуждения лазера на парах меди, где в качестве тиратронного коммутатора использовался тиратрон ТГИ 2 - 1000/25К. В качестве нагрузки использовалась отпаянная саморазогревная газоразрядная трубка промышленного изготовления типа “KULON” LT - 10CU, рабочий канал которой изготовлен из Аl₂О₃ - керамики диаметром 14 мм и длиной 400 мм. Номинальная средняя мощность генерации по паспорту завода-изготовителя для этих трубок составляет 10 Вт с линиями генерации 510,6 и 578,2 нм при частоте следования импульсов накачки 15 кГц в плоскопараллельном резонаторе. В предлагаемом устройстве максимальная средняя мощность излучения, полученная на такой трубке при названных выше условиях и анодном напряжении на тиратронном коммутаторе, равном 10 кВ, составила 16,4 Вт. Испытания предлагаемого устройства проводились в течение 1350 часов с циклом непрерывной работы 8 часов. За время испытаний отказов в работе тиратрона и генератора наносекундных импульсов не было. Следует отметить, что срок службы тиратронных коммутаторов, предназначенных для работы в импульсных лазерах на парах меди, не превышает 1000 часов.

Таким образом, применение предлагаемого устройства обеспечивает повышение надежности работы как тиратронного коммутатора, так и элементов генератора наносекундных импульсов в целом.

Формула изобретения

Импульсный подмодулятор генератора наносекундных импульсов, содержащий тиратронный коммутатор тетродной конструкции, имеющий не менее двух управляющих электродов, анод которого соединен с зарядным устройством и емкостным накопителем энергии, который, в свою очередь, через нагрузку подсоединен к катоду тиратронного коммутатора, при этом сетка подготовительного разряда тиратронного коммутатора через первый генератор импульсов подключена к первому выходу генератора синхронизирующих импульсов, а управляющая сетка соединена с источником отрицательного напряжения и вторым генератором импульсов, который через схему задержки соединен со вторым выходом генератора синхронизирующих импульсов, отличающийся тем, что в него дополнительно введено устройство стабилизации подогревателя генератора водорода, соединенное с выводом накала генератора водорода и катодом тиратронного коммутатора, при этом выход сигнала обратной связи устройства стабилизации напряжения подогревателя генератора водорода соединен с первым входом генератора синхронизирующих импульсов, а также источник опорного напряжения, соединенный с первым входом зарядного устройства, выход сигнала обратной связи которого, в свою очередь, соединен со вторым входом генератора синхронизирующих импульсов, третий выход которого соединен со вторым входом зарядного устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1