2-85  小型充气触发管

孙  山  尚绍环  邹桂娟  游小凤  杨顺斌

    触发管是冷阴极气体放电器件，具有不需预热、工作温度和工作电压范围宽、绝缘强度恢复迅速等特点，通过设计思想、方法、关键工艺等方面的创新，研制出了体积为f13 mm´23 mm、性能满足要求的小型触发管(图1)。工作电压约4 kV，时延在100 ns以内，抖动时间约40 ns。小型触发管结构简单，由阴极、阳极、触发极和管壳组成，管内充有气体，在设计中分别针对触发特性稳定性和自击穿特性稳定性进行了实验。

    触发特性稳定性设计，对于触发管，其工作特性的好坏很大程度上决定于触发特性。在进行寿命试验时，触发管工作在高压大电流的脉冲放电电路中，金属电极间发生高压大电流脉冲放电，在放电过程中会造成电极损伤，结果改变了电极表面的原始状况，使管子的电参数发生变化，经过相当次数工作放电后，使触发电压下降，工作下限电压上升，通过触发电压稳定性试验，改进设计方法和实现工艺途径。常用的触发间隙是以沿面击穿为主的结构形式，在常态测试时，触发电压非常稳定，但当管子工作在高压大电流的脉冲放电电路中时，触发间隙等电位线分布发生变化，触发电压下降约2 kV，导致工作范围下限电压变化近1 kV。小型触发管触发间隙设计中以气体放电为主，使触发击穿为空间气体击穿。改进后寿命试验前后U_n变化0.61 kV，下限工作电压不到0.5 kV的变化。解决了触发电压变化大、寿命试验后下限上升等问题。

    自击穿特性稳定性设计，充气间隙的击穿电压一般有较大的变动范围，有许多因素影响主间隙的电击穿，其中有电极结构和间距、电极材料和表面状态、间隙周围的绝缘材料、施加触发电压的波形以及剩余气体的性质和气压等。结合数值模拟和试验研究了两种工作机理(短时间击穿和长时间击穿)的特点，短时间击穿方式的时延比长时间击穿方式短，就小型触发管来说，长时间击穿方式在3.5 kV后趋于稳定，与短时间击穿方式时延和抖动相当。长时间击穿方式最大场强与最小场强之比为1.23，短时间击穿最大场强与最小场强之比为2.39，电场畸变程度是长时间击穿方式的1.94倍。因小型触发管工作点为4 kV，综合以上研究结论，设计选择长时间击穿方式工作。从实验数据看，自击穿电压波动较小，约在100 V，接近于测量误差，未发生过自击现象和连击现象，工作稳定性较高。从提高触发管的寿命和参数稳定性出发，设计了以气体击穿为主的触发间隙结构。

    综合考虑电性能稳定性的设计，大幅度减小了触发管的体积，解决了触发电压变化大、寿命试验下限上升、管自击穿不稳定等问题，研制出的小型充气触发管电性能稳定性较好。