Способы предупреждения пробоев и защита от их последствий

Борьба с вредными последствиями пробоев осуществляется путем усовершенствования технологии и конструкции ЭВП, а также применением специальных схемных методов защиты ЭВП и аппаратуры. К усовершенствованиям, вводимым в технологию и конструкцию ЭВП, относятся:

• 1) Тщательная химическая, электрохимическая и особенно абразивная полировка деталей, приводящая к сглаживанию и удалению заусенцев. Механическая полировка обеспечивает более высокую электрическую прочность.

• 2) Высоковольтный или высокочастотный прожиг загрязнений и заусенцев в процессе вакуумной обработки или в отпаянном приборе.

• 3) Изготовление отверстий в деталях методом электро-эрозионной обработки вместо штамповки.

• 4) Нанесение на поверхность изоляторов полупроводящих покрытий, способствующих равномерному распределению потенциала вдоль поверхности изолятора.

• 5) Нанесение на изолятор вблизи низковольтного электрода покрытия с коэффициентом вторичной эмиссии меньше 1. это предотвращает возникновение на изоляторе высокого положительного потенциала. Например, тонкое покрытие из БезОз на прикатодном участке керамического или стеклянного изолятора значительно повышает напряжение пробоя; применяются тонкие покрытия на основе закиси меди, оксидов хрома, марганца, титана и др. В кинескопах на стеклянный штабик надевается металлическая проволока, которая после откачки кинескопа нагревается токами ВЧ, при этом металл проволоки частично распыляется и образует на поверхности стеклянной горловины тонкое проводящее покрытие с коэффициентом вторичной эмиссии меньше 1, что предотвращает возникновение на стекле положительного потенциала при его бомбардировке рассеянными электронами (см. с. 132).

• 6) Снижение температуры катода и электродов, что предупреждает напыление металлов и оксидного покрытия на изоляторы прибора.

• 7) Применение немагнитных металлов.

• 8) Применение нераспыляемых газопоглотителей, безмасляных средств откачки и других конструкторско-технологических способов, способствующих повышению вакуума и созданию благоприятного состава остаточных газов в приборе.

• 9) Применение для анодов металлов, не подвергающихся окислению, имеющих большую работу выхода, высокую стойкость в электронной бомбардировке (например, вместо вольфрамовых, никелевых и медных анодов рекомендуется применять аноды из нержавеющей стали, титана или молибдена); применение для анодов титана позволяет в 10 раз уменьшить длительность высоковольтного прожига и повысить электрическую прочность — это объясняется тем, что титан активно растворяет поверхностные пленки оксидов, препятствует образованию на электродах микронеровностей и заусенцев.

• 10) Внедрение в конструкцию дополнительного электрода — искрогасителя, который располагается между высоковольтным и низковольтными электродами; ток пробоя проходит через искрогаситель на землю, что предохраняет катод и электроды от разрушения разрядным током.

И) Придание шероховатости поверхности изолятора на участке вблизи катода — это снижает напряженность поля в прика-тодной области.

12) Снижение газосодержания в изоляторе и уменьшение десорбции газов при электронной и ионной бомбардировке изолятора.

В РЭА предусматриваются защитные устройства, предотвращающие или ограничивающие развитие пробойных процессов. Для эффективной защиты ЭВП и элементов РЭА от пробоев время гашения разряда при пробое не должно превышать 10‘⁶—10⁵ с, поэтому используются устройства быстродействующей защиты (БДЗ) на электронном принципе, срабатывающие за несколько микросекунд.

Применяются устройства БДЗ трех типов: с шунтированием источника питания; с отключением приложенного напряжения; с кратковременной инверсией приложенного напряжения.

Устройства БДЗ не могут устранить «первичные» пробои

между электродами, возникающие при нормальном напряжении, однако они предохраняют от пробоев, возникающих при появлении перенапряжений на электродах, т. е. перенапряжений, связанных с колебаниями напряжения в электрической сети или сопровождающих «первичный» пробой, и соответственно способных вызвать «вторичные» пробои и неуправляемый дуговой разряд.

На рис. 28.5 показана схема БДЗ шунтированием источника питания, она состоит из датчика пробоев (ДП), исполнительного устройства (ИП), в качестве которого используются управляемые разрядники (в качестве исполнительного устройства могут применяться также тригатроны); резистора Ri, служащего для ограничения тока короткого замыкания источника питания, и резистора Ri, предотвращающего резкое изменение напряжения на исполнительном устройстве в момент пробоя ЭВП. При пробое сигнал с датчика пробоев приводит к срабатыванию исполнительного устройства (разрядника) и обесточиванию ЭВП. Для защиты ЭВП от повторных пробоев время восстановления работоспособности БДЗ должно быть меньше времени восстановления напряжения на конденсаторе фильтра или накопителя.

К схемным методам защиты от пробоев также относятся: а) применение маломощных источников питания с большим внутренним сопротивлением и малых емкостей конденсаторов фильтра схемы; в этом случае длительность пробоя весьма кратковременна — при прохождении тока пробоя стационарное напряжение выпрямителя (и, следовательно, напряжение между электродами, где возник пробой) становится близким к нулю; б) рациональный монтаж схемы, который позволяет уменьшить до минимума общие участки контуров питания различных электродов прибора (для этого, например, в разобранной нами схеме питания кинескопа, приведенной на рис. 28.1, следует объединить все точки заземВозникновение токов утечки, как и пробоев, связано с наличием электропроводящих включений на поверхности или в объеме изолятора. Однако пробои образуются, если электропроводящие включения располагаются только на отдельных участках изолятора и практически приводят к повышению напряженности электрического поля; токи утечки возникают в том случае, если электропроводящие включения равномерно распределяются по всей поверхности или толще изолятора и практически приводят к снижению напряженности электрического поля и равномерному изменению потенциала между электродами.