Električne osobine unapređenog sistema za pražnjenje u T-cevi

Elektri

ne osobine unapre

enog sistema za

pražnjenje u T-cevi

- diplomski rad -

Mentor:

Kandidat:

Prof. Dr. Božidar Vuji

Zoltan

Novi Sad, 2007

UNIVERZITET U NOVOM SADU

PRIRODNO-MATEMATI

FAKULTET

DEPARTMAN ZA FIZIKU

SADRŽAJ

U v o d

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

G l a v a I : E l e k t r i

n i p r e k i d a

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

G l a v a I I : T i r a t r o n i

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

          2 . 1   I s t o r i j a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
          2 . 2   K a r a k t e r i s t i k e   t i r a t r o n a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
          2 . 3   P r i n c i p   r a d a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
          2 . 4   T i r a t r o n   T D I 1 - 1 5 0 k / 2 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0
          2 . 5   U p r a v l j a

k a j e d i n i c a PB-2D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1

G l a v a I I I : E l e k t r i

n i s i s t e m

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4

3 . 1 E l e k t r i

n i s i s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4

3 . 2 K o m p a r a t o r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6

G l a v a I V : K a r a k t e r i s t i k e s i s t e m a

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9

4 . 1 K a r a k t e r i s t i k e i z v o r a p l a z m e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9
4 . 2 J a

i n a s t r u j e p r a ž n j e n j a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9

Z a k l j u

a k

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6

L i t e r a t u r a

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8

U v o d

Zoltan

, Diplomski rad

struje, zahtevi 2 i 3 mogu se ostvariti samo upotrebom specijalnih prekida

a, kao što su

varni

nici, ignitroni ili tiratroni, koji mogu izdržati te struje, a tako

e su i dovoljno brzi.

Zadatak ovoga rada bio je konstrukcija i testiranje novog sistema za pražnjenje u

kome je ignitron, koji se koristio kao visokonaponski prekida

za okidanje T-cevi,

zamenjen tiratronom. U tu svrhu bilo je neophodno konstruisati i odgovaraju

elektronske sklopove radi kompatibilnosti izme

u izlaza komparatora i ulaza

upravlja

ke jedinice tiratrona.

G l a v a I : E l e k t r i

n i p r e k i d a

Zoltan

, Diplomski rad

Glava I

Elektri

ni prekida

Prekida

i su možda najelementarniji ure

aji koji se koriste u elektronici i u

elektrotehnici uopšte [1]. Prekida

i služe za kontrolisanje toka struje kroz elektri

kolo, tj. oni odre

uju dali

e struja te

i kroz kolo ja

inom kojom ostali delovi odre

uju,

ili ne. U idealnom slu

aju ovo bi bila definicija prekida

a, me

utim svaki prekida

ima

karakteristi

ne vrednosti koji odre

uju kojom

e brzinom pre

i iz neprovodnog u

provodno stanje ili obrnuto. Postoje još i druge vrednosti od kojih su posebno zna

ajne

maksimalna struja i maksimalni napon koje mogu izdržati bez ošte

enja.

Prekida

i koji se koriste u svakodnevnom životu daleko su od idealnih, jer je

vreme za koje oni postanu provodni (the commutation time) reda milisekunde.

Elektromagnetni releji i reed prekida

i imaju iste nedostatke kao i standardni

prekida

i predvi

eni za široku upotrebu: veliko vreme odziva i zvonjenje. Pojavom

poluprovodni

kih elemenata kao što su tranzistori i tiristori delimi

no je rešena tromost

prekida

a. Poluprovodni

ki elementi se me

utim mogu koristiti samo pri relativno

niskim naponima i strujama. Naponi koje se mere kilovoltima i kiloamperima me

utim

se ne mogu savladati.

slu

aju kada se koriste visoki naponi i jake struje, (u našem slu

aju je to

napon od 20 kilovolti i struja od 20 kiloampera), moraju se koristiti posebni ure

aji

ija

upotreba datira znatno pre pojave poluprovodni

kih elemenata, a to su varni

nici,

ignitroni i tiratroni.

Vakumske cevi možemo razlikovati prema na

inu dobijanja slobodnih

elektrona, ili prema vrsti gasa koriš

enih za njihovo punjenje.

Postoje dva na

ina dobijanja slobodnih elektrona. Prvi je koriš

enje tankih

grejnih niti koji se nalaze na katodi, i koji proizvode elektrone termoelektronskom
emisijom. Cevi sa ovim rešenjem nazivaju se cevi sa toplom katodom (hot cathode
device). Drugi na

in je koriš

enje gradijenta visokog napona koji rezultira autoemisijom

elektrona sa katode. Takve se cevi nazivaju cevi sa hladnom katodom (cold cathode
device).

Vakumske cevi su, kao i sam naziv kaže, vakuumirane ili sadrže gas na veoma

niskom pritisku. Gasne cevi su za razliku od vakuumskih punjene odre

enim gasom,

iji

je pritisak malo iznad ili ispod atmosferskog. Karakteristika radnog gas koji se koriste,
tako

e igra zna

ajnu ulogu u funkcionisanju cevi.

G l a v a I I : T i r a t r o n i

Zoltan Na

, Diplomski rad

Nedostatak cevi punjenih vodonikom jeste to da materijali koji se koriste u

cevima moraju biti izuzetno

isti zbog hemijskog dejstva gasa.

Za produženje života cevi punjenih vodonikom koristi se rezervoar vodonika,

koji se nalazi u unutrašnjosti cevi. On sadrži odre

enu koli

inu (uglavnom) titanijum-

hidrida koji se drži na relativno konstantnoj temperaturi. Pod ovim uslovima postoji
termalna ravnoteža izme

u titanijuma, vodonika i hidrida, i bilo koja varijacija koli

ine

vodonikovog gasa izaziva uravnotežavanje ovog stanja. Ovo zna

i da je pritisak unutar

cevi relativno konstantan. Titanijum-hidrid se nalazi u metalnom cilindru koji može biti
otvoren sa oba ili samo sa jedne strane, i koji se redno ili paralelno vezuje za greja

katode ili za neki drugi spoljašnji izvor.

U skorije vreme umesto vodonika koristi se deuterijum kao radni gas.

Konstrukcija cevi se ne mora menjati pošto su oba gasa hemijski ista. Prednost
deuterijuma je ta, da pod istim pritiskom može izdržati ve

e razlike potencijala, a pri

tome su površinske rekombinacije i gubici pri lu

nom pražnjenju manji. Ve

a masa jona

utim zna

i i manju pokretljivost, tako da se vreme oporavka pove

ava za faktor 2

za istu geometriju cevi. Deuterijum se stoga koristi u cevima velike snage, kada vreme
oporavka nije od presudne vrednosti u odnosu na velike razlike potencijala. Ure

aji

punjeni vodonikom uvek koriste konstrukciju sa vru

om katodom.

Tiratroni sa živinom parom su najsporiji, ekološki neprihvatljivi zbog

kondenzacije žive i zbog toga se retko koriste. Tiratroni sa vodonikom su mnogo brži
prekida

i od tiristora, neki imaju odziv manji od 20

Mali tiratroni u prošlosti su se koristili kao kontroleri elektromagnetnih releja,

elektri

nih motora i aparata za elektrolu

no varenje.

Tiratroni se danas pretežno koriste u radarima, kod gasnih lasera visoke snage,

akceleratora