4-30  铁电体触发开关实验

丁恩燕  陈洪斌  陆  巍  陈志刚  刘天文

    目前超宽带中的高压开关技术正向着高气压、高重复频率、低抖动、快前沿方向发展。铁电体作为触发极具有触发电压低、抖动小的特点。用铁电体作为触发极开关在国际上已经受到人们越来越多的重视。为掌握铁电体作为触发极的工作性能，在充气和真空条件下开展了实验研究。

    铁电体触发开关为三电极式开关，触发极是片状的铁电体片。在开关的间隙中充有一定压力的气体。在铁电体介质上加一定的负高压脉冲，使铁电体介质发射电子束。发射的电子束使开关间隙中的气体分子快速电离，形成高密度等离子体，等离子体的高导电性导通开关。在真空条件下，开关间隙中的真空度达到 10^-3 Pa。在小间距的情况下，击穿的机制可能是铁电体触发极发射的电子束引起电极的汽化，然后初始电子电流在汽中增强，最后导致间隙的击穿。

    实验发现在充气情况下，开关间距为3 mm、开关内的气压高于101 kPa，开关间距为2 mm、开关内的气压高于202 kPa时；将触发电压加到允许最大值，开关都很难触发导通。导致此情况出现可能是铁电体触发极发射的电子总数太少或是电子的初动能太小，在阴阳电极间很难形成流注放电，从而开关很难触发导通。

真空条件下，开关的触发导通非常容易，在触发电压只有几百伏时，开关可以很稳定地触发导通。在开关间距2 mm，真空度0.3 Pa的条件下测得的波形见图1，这是10次开关导通波形的叠加。图中有一个比较大的平顶的波形是触发源的波形，相对有几十纳秒延迟的波形是开关导通的波形。从图1中可以看出，在真空条件下开关的抖动较小，达到约1 ns。实验发现，开关的抖动与触发电压的大小有直接的关系，触发电压比较低，开关的抖动就比较大；触发电压比较高，开关的抖动就比较小。也就是说，触发极发射的电子越多，开关的抖动就越小。