Влияние пробоев на работу приборов

Наличие пробоев приводит к окончательному браку ЭВП (например, расплавлению материала электродов, растрескиванию стеклооболочки и штабиков, образованию сквозных каналов в изоляторах, разрушению катода, ухудшению вакуума) или к кратковременной потере работоспособности (например, миганию изображения, ухудшению фокусировки, снижению яркости и нарушению сведения лучей на экране кинескопа).

Пробои вызывают выход из строя электровакуумных приборов или аппаратуры, в которой этот прибор применяется. В частности, пробои вызывают перераспределение потенциалов между электродами прибора. Это связано с тем, что импульсы тока, возникающие при пробоях, достигают многих сотен ампер и создают значительные падения напряжения даже на коротких соединительных проводниках.

Пробои могут привести к повреждению электронных схем (например, выходу из строя полупроводниковых приборов, даже если они электрически не связаны с электродами, между которыми произошел пробой), а также к возникновению вторичных, третичных пробоев между другими электродами прибора.

Наиболее универсальным является масс-спектрометрический способ контроля герметичности, который основан на выделении ионов пробного газа из общей смеси газов и паров, поступающих в анализатор из контролируемого объекта, и последующем измерении ионного тока, пропорционального размеру течи. В качестве пробного газа чаще всего используется гелий, обладающий следующими необходимыми свойствами: инертностью, низкой молекулярной массой (М-4), малым содержанием в окружающей среде.

Например, если в кинескопе произошел пробой между вторым анодом Аг и фокусирующим А1, то может выйти из строя полупроводниковый триод Т (находящийся в цепи выходного каскада видеоусилителя) или разрушиться катод, хотя ни триод, ни катод электрически не связаны с электродами, между которыми произошел пробой (рис. 28.1). При этом ток пробоя замыкается по контуру А1ВС1С5Д и все анодное напряжение практически оказывается приложенным к контуру, состоящему из соединительных проводов (так как падение напряжения в промежутке пробоя А2А1 незначительно). На каждом сантиметре длины соединительных проводов, в частности на участке С2С3 и С3С4, будут возникать импульсы напряжения порядка 50—500 В, что значительно превышает допустимые напряжения в цепи коллектор — эмиттер и база — эмиттер полупроводникового триода. Кроме того, потенциал фокусирующего электрода практически становится равным потенциалу второго анода.

Возрастание напряжения на фокусирующем электроде Ai до напряжения второго анода Аг приводит, в свою очередь, к увеличению разности потенциалов между фокусирующим электродом и модулятором, при этом возникает вторичный пробой между фокусирующим электродом и модулятором и третичный пробой между модулятором и катодом. Таким образом, дуговой разряд пробоя замыкается между анодом и катодом и вызывает разрушение катода.

При пробое между высоковольтными электродами и катодом высокое напряжение может возникнуть между катодом и подогревателем. Если напряжение катод — подогреватель превышает 1,5—2,0 кВ, катод теряет изоляционные свойства, между гильзой катода и подогревателем возникает дуга пробоя, что может привести к расплавлению гильзы катода, разрушению алунда и керна подогревателя.

Пробои могут быть вызваны неправильным режимом эксплуатации ЭВП: например, недопустимо появление положительного потенциала на модуляторе ЭЛТ, в этом случае модулятор бомбардируется потоком электронов со всей поверхности катода, что вызывает его распыление и интенсивное газовыделение, способствующее развитию пробоя. Например, в схемах с заземленным анодом при питании ЭЛТ от общего делителя на модуляторе может резко увеличиться положительный потенциал при включении питания и отрицательный потенциал при выключении питания.

Изоляторы, применяемые в ЭВП, обладают очень высокой электрической прочностью. Например, пробивная прочность стекла составляет 20—30 кВ/мм, вакуума —50 кВ/мм. Следовательно, теоретически между электродами, разделенными стеклянным изолятором толщиной 5 мм, можно подавать напряжение порядка 100 кВ, не опасаясь возникновения пробоя. Однако практически пробивное напряжение зависит от технологии изготовления и режимов эксплуатации приборов.

Междуэлектродная электрическая прочность и соответственно напряжение пробоя зависят от расстояния между электродами, радиуса кривизны, формы электродов, структуры, загрязненности и температуры их поверхности, а также от значения, вида и длительности воздействия приложенного напряжения, емкости и сопротивления цепи пробоя и многих других факторов.

Пробои могут возникать при снижении электрического сопротивления между электродами или при повышении напряженности электрического поля.

Снижение электрического сопротивления практически происходит при: напылении электропроводящих материалов на изоляторы прибора; применении для изготовления изоляторов недостаточно очищенных материалов (например, при наличии примесей типа Na, К в алундовом покрытии подогревателя); загрязнении поверхности изоляторов в процессе их хранения и сборки приборов; наличии в стеклооболочке и изоляторах посечек, мелких трещин, капилляров, газовых включений, «разъездов»; попадании посторонних частиц в промежутки между электродами (поэтому вибрация и удары снижают электрическую прочность прибора); образовании на поверхности изолятора полимеризованных масляных и кремнийорганических пленок в случае откачки приборов паромасляными насосами.