Тиратрони тліючого розряду
Широке застосування отримали тиратрони тліючого розряду (тиратрони з холодним катодом) з трьома або більше електродами. Вони використовуються в автоматиці, в релейних і рахункових схемах, а також в імпульсних генераторах і інших пристроях. Назва «тиратрон» походить від слова «електрон» і грецького слова thyra (двері), що підкреслює можливість «відкривання» (відмикання) тиратрона за допомогою сітки.
У трьох електродних тиратронах тліючого розряду між анодом і катодом розташований третій електрод, званий сіткою або пусковим електродом. Сітка в тиратроні володіє більш обмеженим дією, ніж в електронних електровакуумних тріодах. В останніх, змінюючи напругу сітки, можна повністю управляти анодним струмом, т. Е. Регулювати його від нуля до максимального значення. А в тиратроні за допомогою сітки можна тільки відмикати тиратрон, але не можна змінювати анодний струм. Після виникнення розряду сітка втрачає котра управляє вплив. Припинити розряд в тиратроні можна тільки зниженням анодної напруги до значення, при якому розряд не зможе існувати, або розривом анодному ланцюзі.
На рис. 21.11 показано пристрій одного з тиратронів тліючого розряду. Відстані між електродами і тиск газу підбираються так, що між сіткою і катодом виникає самостійний темний розряд при більш низькій напрузі, ніж напруга між анодом і катодом. А потім може виникнути тліючий розряд між катодом і анодом, якщо напруга анода буде достатнім. При цьому струм сітки становить одиниці або десятки мікроампер, а струм анода може бути в тисячі разів більшим (одиниці або десятки міліампер). Напруга виникнення розряду в анодному ланцюзі UВ тим нижче, чим більше струм сітки ig. Це пояснюється тим, що з ростом струму сітки в проміжку сітка - катод збільшується кількість іонів і електронів і полегшується виникнення розряду в анодному ланцюзі.
Мал. 21.11. Пристрій і пускова характеристика тиратрона тліючого розряду 1 - друга сітка; 2 - анод; 3 - катод; 4 - перша сітка
Залежність напруги UВ від струму ig називається пусковий характеристикою. При відсутності струму сітки напруга виникнення розряду максимально. Збільшення струму ig викликає зниження напруги UВ. спочатку різке, а потім повільне. Однак значення UВ не може бути менше робочої напруги Upaб, необхідного для підтримки тліючого розряду між анодом і катодом. Пускова характеристика залежить від роду газу, його тиску, форми і стану поверхні електродів.
Втрата сіткою управляючого впливу після виникнення розряду в анодному ланцюзі пояснюється тим, що сітка оточена плазмою - з великою кількістю електронів та іонів. Позитивно заряджена сітка притягує з плазми електрони, які утворюють близько поверхні сітки негативно заряджений шар (електронну оболонку), що нейтралізує дію позитивного заряду сітки (рис. 21.12, а). Якщо збільшити, або зменшити позитивне напруга сітки, то вона притягне до себе з плазми більше або менше електронів і як і раніше дію її заряду буде нейтралізуватися відповідно зміненим зарядом електронної оболонки. А якщо дати на сітку негативна напруга, то вона притягне з плазми позитивні іони, які створять навколо неї позитивно заряджений шар (іонну оболонку), що нейтралізує дію негативного заряду сітки (рис. 21.12, б).
Електронна (або іонна) оболонка сітки знаходиться в динамічному стані. Так, наприклад, іони, торкнувшись негативно зарядженої сітки, віднімають від неї електрони і перетворюються в нейтральні атоми, але на зміну їм до сітки притягуються з плазми нові іони. Якщо збільшити негативна напруга сітки, то вона притягне більше іонів. Заряд іонної оболонки збільшується і знову повністю компенсує дію негативного заряду сітки. Інакше можна сказати, що поле, створюване зарядом сітки, зосереджено між сіткою і її іонної (або електронною) оболонкою, як між обкладинками конденсатора. Це поле не проникає через оболонку, тому не може впливати на струм анода.
Мал. 21.12. Електронна і іонна оболонка сітки
Мал. 21.13. Включення тиратрона тліючого розряду в якості реле
Мал. 21.14. Схема і графік роботи генератора пилкоподібної напруги з тиратронах
Схема включення тиратрона тліючого розряду в якості реле показана на рис. 21.13. Напруга анодного джерела Еa має бути менше UВmax а напруга Еg - менше того, яке необхідно для виникнення розряду в проміжку сітка - катод. Резистор Rg обмежує сітковий струм і тому збільшує вхідний опір схеми для джерела імпульсів, отпирающих тиратрон. Коли позитивний імпульс напруги, достатній для відмикання, надходить на сітку, то виникає розряд на ділянці сітка - катод. Якщо при цьому виходить необхідний струм сітки, то розряд переходить і на анод. Отже, імпульс напруги і струму від малопотужного генератора в ланцюзі сітки викликає значний струм в навантаженні RH, включеної в анодний ланцюг.
Ряд тиратронів тліючого розряду випускається з двома сітками. У таких тиратронах керуючої є друга сітка, більш віддалена від катода. На першу сітку подається постійна позитивна напруга, і в ланцюзі цієї сітки весь час існує дуже невеликий струм (одиниці або десятки мікроампер) так званого підготовчого розряду. На другий сітці постійне позитивне напруга нижче, ніж на першій. Тому гальмує полі між сітками не допускає електрони до анода. При подачі імпульсу додаткового напруження на другу сітку тиратрон відмикається, т. Е. Електрони проникають крізь другу сітку, і в ланцюзі анода виникає тліючий розряд.
Наші вітчизняні тиратрони тліючого розряду, як правило, мають надмініатюрний оформлення і наповнені неоном, або аргоном, або неоно-аргонової сумішшю. Вони можуть працювати при температурі навколишнього середовища від - 60 до + 100 ° С. Їх довговічність складає кілька тисяч годин. Робочі напруги сіток і анода десятки - сотні вольт. Час відновлення управляючого впливу сітки після припинення анодного струму залежить від тривалості деионизации і зазвичай становить десятки або сотні мікросекунд.
Як приклад застосування тиратрона розглянемо найпростішу схему тиратронах генератора пилкоподібної напруги (рис. 21.14, а). Від джерела анодного живлення EА через резистор R заряджається конденсатор С. Паралельно конденсатору включений тиратрон Л. Під час заряду конденсатора напруга на ньому росте, і коли воно досягає напруги виникнення розряду UВ. то тиратрон відмикається і починає проводити струм. Опір його стає порівняно малим, і конденсатор швидко розряджається через тиратрон. Напруга знижується до напруги припинення розряду UП. Як тільки розряд в тиратроні припиниться, знову почнеться порівняно повільний заряд конденсатора через резистор, опір якого значно більше опору відкритого тиратрона, і весь процес буде повторюватися.
Мал. 21.15. Вольт-амперна характеристика і умовне графічне позначення неонової лампи
Графік пилкоподібної напруги, що виходить на аноді тиратрона і на конденсаторі, показаний на рис. 21.14,6. Так як напруга UП у тиратронів невелика, а напруга UВ досягає сотень вольт, то подібний генератор може видавати пилкоподібна напруга з великою амплітудою. Чим більше опір R і ємність С. тим повільніше відбувається заряд і тим нижче частота. Крім того, якщо збільшити позитивне напруга сітки тиратрона, то знизиться напруга UВ і це викличе зменшення амплітуди і підвищення частоти.
У сучасній РЕА широко застосовуються різні індикаторні прилади, зокрема так звані знакові і цифрові індикатори. Деякі з них відносяться до газорозрядних приладів тліючого розряду, але існують і електронні електровакуумні індикатори. Розроблено і використовуються також напівпровідникові індикаторні прилади.
Неонові лампи застосовуються в якості індикаторів напруги і для інших цілей. Вони є прилади тліючого розряду, що працюють в режимі аномального катодного падіння обов'язково з обмежувальним резистором Rогр.
Вольт-амперна характеристика приведена на рис. 21.15. При виникненні розряду (точка А) відбувається стрибок струму і напруги і починається світіння. Подальше підвищення напруги викликає підвищення струму. При цьому збільшується щільність струму катода і яскравість світіння. Характерно те, що при зменшенні напруги крива піде вище, ніж при збільшенні. Розряд припиняється при більш низькій напрузі, ніж виникає (UП Різниця між напруженнями UП і UВ характерна для всіх газорозрядних приладів, зокрема для стабілітронів. У неонових ламп напруга UП на кілька одиниць або десятків вольт нижче, ніж напруга UB. Це пояснюється тим, що перед виникненням розряду газ неіонізовану. А перед припиненням розряду газ іонізований, і розряд існує при більш низькій напрузі. Неонова лампа застосовується як індикатор постійного і змінного напруги. При змінній напрузі розряд виникає в момент, коли миттєве значення напруги стає рівним напрузі UB. Промисловість випускає багато різних неонових ламп. Напруга UB у них може бути 50 - 200 В, а іноді і вище. Робочий струм при нормальному світіння - від десятих часток міліампера до десятків міліампер. Значний інтерес представляє керована трьохелектродна індикаторна лампа, що має анод і два катода: індикаторний і допоміжний, розташовані всередині анода. Через купол балона можна бачити світіння газу тільки близько індикаторного катода. Індикаторний катод ІК підключений до мінуса джерела через резистор R, а допоміжний катод ВК безпосередньо (рис. 21.16). Коли на лампу подано тільки напруга від анодного джерела, працює допоміжний катод. Так як він закритий анодом, то світіння газу не видно. Нехай тепер на резистор в ланцюзі індикаторного світіння катода подано додаткове керуючу напругу в кілька одиниць вольт з такою полярністю, щоб воно підсумовувати з напругою анодного джерела. Тоді напруга між анодом і індикаторним катодом зростає, розряд перекидається на цей катод і лампа дає видиме світіння. Якщо ж додаткову напругу, що подається на резистор, зняти, то розряд знову буде тільки між анодом і допоміжним катодом. Світіння газу у індикаторного катода припиняється. Знакові індикатори тліючого розряду широко поширені. Принцип пристрою їх показаний на рис. 21.17. У балоні з неоном знаходяться катоди, вигнуті з дроту у вигляді цифр або інших знаків і розташовані один за іншим. На рис. 21.17, а наведені для спрощення лише перші два катода у вигляді цифр 1 і 2. У цифрових індикаторах є 10 катодів у вигляді цифр від 0 до 9. Анод зазвичай зроблений з дротяної сітки. При подачі напруги між анодом і одним з катодів виникає світіння газу (близько катода), т. Е. Видно, що світиться знак. Товщина світиться лінії приблизно 1 - 2 мм. Випускаються подібні індикатори з так званими сегментними катодами, які синтезують зображення (рис. 21.17,6). Включення цих катодів в тій чи іншій комбінації дає світиться зображення цифри або якогось іншого знака. В даний час випускається багато типів подібних індикаторів на різні знаки.