Тема: Источник питания лазера на парах меди

[V. Frankenstein]

Недавно мне удалось достать трубку лазера на парах меди типа УЛ-102. Трубка новая и была проверена на лабораторном источнике питания медного лазера (шкаф ИП-18), где я и убедился что она в рабочем состоянии и способна генерировать излучение. Сущность питания заключается в подаче  высоковольтных импульсов с наносекундным фронтом на трубку с частотой повторения 8-10 кГц. Формируются они в предельно простой (с точки зрения количества деталей) схеме. Доступна она вот в этой статье http://www.quantum-electron.ru/pdfrus/fullt/1998/9/1324.pdf

Я же исполнил её вот в таком виде исходя из имевшихся у меня деталей:


После подбора зарядной и блокирующей индуктивностей схема казалось бы заработала, но у тиратрона начал раскаляться анод. ТОгда я попробовал объединить параллельно 2 тиратрона уже по этой схеме:


Заставить работать эту схему не удалось из-за того что тиратроны не открывались одновременно (разброс параметров). Тогда я вернулся к первой схеме взяв более мощный тиратрон тги1-1000\25 вместо тги700\25. Схема работать перестала -- тиратрон теряет управляемость при напряжении поступающем с ВВ источника равном 1 кВ. Подбор параметров вроде емкостей накопительного и обострительного конденсаторов, индуктивностей результата не даёт.. В чем может быть причина такого плохого поведения тиратрона? Тиратрон новый из упаковки, был проверен в азотном лазере  на частоте повторения до 1000 гц.

[Gall]

Низкое напряжение анода? Неоптимальный ток накала? Накал у таких тиратронов критичен.

[V. Frankenstein]

Накал померял прямо на ногах лампы -- точно 6.3 вольта. Подается с трансформатора, напряжение в сети достаточно стабильное чтобы не выходить за рамки допущенных 5% отклонений. Анодное регулируется латром, если сначала латром выставить анодное выше минимально указанного в даташите а потом включить анодный источник -- то в тиратроне сразу дуга загорается приводя к КЗ.

[Gall]

Странно. А потренируйте-ка тиратрон. Небось на складе 10 лет валялся.

[V. Frankenstein]

Переделал схему питания на ГИН Блюмлейна, как в этой статье. http://www.mathnet.ru/links/cb61496bcab2ba2e07d9b8a8bf47239c/qe10802.pdf
Работать стало горадо стабильнее вплоть до питающего напряжения в 4 кВ. Однако и этого недостаточно, нужно достичь 5-6 кВ. Почему-то появился такой момент как оптимальная частота повторения импульсов, которая сильно сместилась вверх и составляет около 12 кГц. При этом не смотря на более стабильную работу не происходит нормальный отбор мощности от анодного выпрямителя и лазер не разогревается. Связано ли это с малой емкостью "боевых" конденсаторов на электродах трубки?

[Gall]

Похоже на плохое согласование передаточной линии с нагрузкой. Волна отражается.

У вас есть высоковольтный щуп для осциллографа? На трубке померить.

[V. Frankenstein]

Щупа, к сожалению, нет. Схему я вновь изменил, на этот раз сделал классический ГИН Блюмляйна без диодов, дроссель параллельно трубке, которым накачвиаются азотные\эксимерные итп газовые лазеры, как на схеме "а".

 Конденсаторы "силовые" поставил по 1100 пФ. На этот раз схема работала абсолютно стабильно, удалось ввалить в лазер проектную мощность и даже раскалить его почти до рабочей температуры. ДО генерации дело не дошло -- сеточными выбросами пробило изоляцию модуляционного трансформатора (пока на уровне предположения).  Попробую изоляцию усилить.

[Gall]

Я просто сразу вспомнил физику работы формирователя Блюмляйна. Его согласованием с нагрузкой испортить очень легко.

По классике в схеме Блюмляйна нет конденсаторов, она строится на коаксиальных кабелях. От тиратрона идет коаксиал C1 к нагрузке, а после нагрузки идет коаксиал C2 со свободным концом. Длины коаксиалов равны, тем самым обеспечивается максимум стоячей волны на нагрузке.

[V. Frankenstein]

А как поддерживать согласование генератора с лазером во всем диапазоне его рабочих температур? Какая часть схемы наиболее сильно влияет на передачу энергии в лазер? Суть в том, что пока он холодный, то все работает устойчиво, когда он нагревается примерно до 900-1000 градусов (по цвету каления канала разрядного) у тиратрона (как я думаю) появляются обратные зажигания из-за того что при колебательном процессе на электродах трубки превышается допустимое обратное напряжение на аноде. По мере дальнейшего разогрева процесс только усугубляется, частота таких обратных зажиганий только увеличивается. Тем не менее, на грани срыва работы источника удалось догреть лазер до заветного ярко-жёлтого каления и получить намеки на генерацию -- когда подносил глухое зеркало с одной стороны то, подбирая его положение, на стене, куда смотрело противоположное окно, можно было поймать яркое относительно света от разряда небольшое зелёное пятно в форме кольца.

[Gall]

Похоже на то, что импеданс лазера становится меньше волнового сопротивления фидера. Какие там сейчас конденсаторы, какого типа и как подключены?

[V. Frankenstein]

Стояли КВИ-3 по 1100 пФ на каждом электроде лазера. Дроссель параллельно лазеру содержал 18-20 витков диаметром 22 мм и длиной намотки 8 см (индуктивность порядка 3 мкГн). Подключение было как на схеме "а", в железе это выглядело вот так.


Пробовал разные величины конденсаторов, включая по 750 пФ и 1500 пФ, разные индуктивности дросселей -- эффекта особого не было, более того, при некоторых условиях разряд в лазере был сильно неустойчивым.

Потом я вернулся к прямой схеме возбуждения как на схеме в первом посте и получил гораздо более стабильное горение разряда и работу схемы в целом, но тоже до того момента как начинала испаряться медь. Потом возобновлялась история с обратными зажиганиями тиратрона. В этом случае емкость конденсатора составляла 2350 пФ (пара к15у2 последовательно по 4700 пф), дроссель L2 был порядка 400 мкГн, обострительную емкость С2 не ставил.

Есть у меня мнение что длительность отпирающего импульса (1-1.5 мкс) великовата, из-за чего время "неуправляемой" работы тиратрона больше и у него тогда сильнее склонность к нестабильности.  В статьях я встречал длительности отпирающего импульса впятеро меньшие.

[Gall]

Может быть и так. А еще мне индуктивность монтажа не нравится. Там бы шину сделать прямую из толстой меди, а не буквой зю.

Я видел такие схемы. Они проектируются по канонам СВЧ, каждый проводник считается передаточной линией. В схеме Блюмляйна очень важна симметрия, она на отражении волны построена. В одной схеме конденсатор был на массивной медной полосе, а в другой вообще не было конденсаторов, там был толстенный (100 штук) пучок коаксиалов. Но это азотный лазер был, там эти коаксиалы равномерно по длине трубки подключались.

[V. Frankenstein]

Тогда мне не совсем понятно как работает заводской шкаф для питания, ведь в его силовой части сопли соплями (например то тонкого блокирующего дросселя к конденсатору) и у меня возникают сомнения, что длину каждого ниточного проводка расчитывали, хотя кто их знает, разработчиков сего гроба.  А сам лазер через длинный коаксиал подключается к нему.

[Gall]

Так вот длинный коаксиал и есть ключевой элемент схемы. Он и формирует импульс!

Это ваша самая первая схема, в которой вместо C2 используется коаксиал. До коаксиала могут быть сопли, при условии, что ПОСЛЕ коаксиала их нет.

[V. Frankenstein]

С2 все же есть внутри лазерного излучателя -- маленький 150 пф к15у висящий прямо на "горячем" электроде трубы. но не думал что в данном случае соединительный кабель может играть такую существенную роль. Я всегда думал, что чем меньше кабелей-шнуров или чем они короче в импульсных или ВЧ схемах, то тем лучше оно будет работать.

Кроме того, этот блок качал вдвое более длинный лазер. Моя короткая труба подключенная к нему каким-попало коаксиалом и каким-попало С2 на электродах тоже генерила излучение, хоть и несколько хуже. А на столе без кабеля и капа не генерит. Тиратрон пробивается...

Насколько я понимаю, то разогретый лазер начисто закорачивает индуктивность L2. несмотря на это сама труба обладает собственной индуктивностью + индуктивность монтажа, поэтому конденсатор С1 при отсутствии обостряющего резонирует на очень высокой частоте и отрицательное напряжение на тиратрон приходит раньше чем заканчивается импульс отпирания на сетке. В результате чего работа схемы нарушается. 

В виду этого попробую увеличить дроссель L2 и поставить все же обострительный конденсатор.

Просто информация из статьи несколько дезориентировала -- на их схеме его нет.