|
Широкое применение получили тиратроны тлеющего разряда (тиратроны с холодным катодом) с тремя или более электродами.
Они используются в автоматике, в релейных и счетных схемах, а также в импульсных генераторах и других устройствах. Название
«тиратрон» происходит от слова «электрон» и греческого слова thyra (дверь), подчеркивающего возможность «открывания» (отпирания)
тиратрона с помощью сетки.
В трех электродных тиратронах тлеющего разряда между анодом и катодом расположен третий электрод, называемый сеткой
или пусковым электродом. Сетка в тиратроне обладает более ограниченным действием, нежели в электронных электровакуумных
триодах. В последних, изменяя напряжение сетки, можно полностью управлять анодным током, т. е. регулировать его от нуля до
максимального значения. А в тиратроне с помощью сетки можно только отпирать тиратрон, но нельзя изменять анодный ток. После
возникновения разряда сетка теряет управляющее действие. Прекратить разряд в тиратроне можно только понижением анодного
напряжения до значения, при котором разряд не сможет существовать, или разрывом анодной цепи.
На рис. 21.11 показано устройство одного из тиратронов тлеющего разряда. Расстояния между электродами и давление газа
подбираются так, что между сеткой и катодом возникает самостоятельный темный разряд при более низком напряжении, чем напряжение
между анодом и катодом. А затем может возникнуть тлеющий разряд между катодом и анодом, если напряжение анода будет достаточным.
При этом ток сетки составляет единицы или десятки микроампер, а ток анода может быть в тысячи раз большим (единицы или десятки миллиампер).
Напряжение возникновения разряда в анодной цепи UВ тем
ниже, чем больше ток сетки ig. Это объясняется тем, что с ростом тока сетки в промежутке сетка —
катод увеличивается количество ионов и электронов и облегчается возникновение разряда в анодной цепи.
Рис. 21.11. Устройство и пусковая характеристика тиратрона тлеющего разряда 1 — вторая сетка; 2 — анод; 3 — катод; 4 —
первая сетка
Зависимость напряжения UВ от тока ig называется пусковой характеристикой.
При отсутствии тока сетки напряжение возникновения разряда максимально. Увеличение тока ig вызывает
снижение напряжения UВ, сначала резкое, а затем медленное. Однако значение UВ не может
быть меньше рабочего напряжения Upaб, необходимого для поддержания тлеющего разряда
между анодом и катодом. Пусковая характеристика зависит от рода газа, его давления, формы и состояния поверхности электродов.
Потеря сеткой управляющего действия после возникновения разряда в анодной цепи объясняется тем, что сетка окружена плазмой
— с большим количеством электронов и ионов. Положительно заряженная сетка притягивает из плазмы электроны, которые образуют
около поверхности сетки отрицательно заряженный слой (электронную оболочку),
нейтрализующий действие положительного заряда сетки (рис. 21.12, а). Если
увеличить, или уменьшить положительное напряжение сетки, то она притянет к себе из плазмы больше или меньше электронов и по-прежнему
действие ее заряда будет нейтрализоваться соответственно
изменившимся зарядом электронной оболочки. А если дать на сетку отрицательное напряжение, то она притянет из плазмы положительные
ионы, которые создадут вокруг нее положительно заряженный слой (ионную оболочку), нейтрализующий действие отрицательного
заряда сетки (рис. 21.12, б).
Электронная (или ионная) оболочка сетки находится в динамическом состоянии. Так, например, ионы, коснувшись отрицательно
заряженной сетки, отнимают от нее электроны и превращаются в нейтральные атомы, но на смену им к сетке притягиваются из
плазмы новые ионы. Если увеличить отрицательное напряжение сетки, то она притянет больше ионов. Заряд ионной оболочки увеличивается
и снова полностью компенсирует действие отрицательного заряда сетки. Иначе можно сказать, что поле, создаваемое зарядом сетки,
сосредоточено между сеткой и ее ионной (или электронной) оболочкой, как между обкладками конденсатора. Это поле не проникает
через оболочку, поэтому не может влиять на ток анода.
Рис. 21.12. Электронная и ионная оболочка сетки
Рис. 21.13. Включение тиратрона тлеющего разряда в качестве реле
Рис. 21.14. Схема и график работы генератора пилообразного напряжения с тиратроном
Схема включения тиратрона тлеющего разряда в качестве реле показана на рис. 21.13. Напряжение анодного источника Еa
должно быть меньше UВmax а напряжение Еg — меньше того, которое
необходимо для возникновения разряда в промежутке сетка — катод. Резистор Rg ограничивает сеточный
ток и поэтому увеличивает входное сопротивление схемы для источника импульсов, отпирающих тиратрон. Когда положительный импульс напряжения, достаточный для
отпирания, поступает на сетку, то возникает разряд на участке сетка — катод. Если при этом получается необходимый ток сетки,
то разряд переходит и на анод. Следовательно, импульс напряжения и тока от маломощного генератора в цепи сетки вызывает значительный
ток в нагрузке RH, включенной в анодную цепь.
Ряд тиратронов тлеющего разряда выпускается с двумя сетками. В таких тиратронах управляющей является вторая сетка, более
удаленная от катода. На первую сетку подается постоянное положительное напряжение, и в цепи этой сетки все время существует
очень небольшой ток (единицы или десятки микроампер) так называемого подготовительного разряда. На второй сетке постоянное
положительное напряжение ниже, чем на первой. Поэтому тормозящее поле между сетками не допускает электроны к аноду. При
подаче импульса дополнительного напряжения на вторую сетку тиратрон отпирается, т. е. электроны проникают сквозь вторую
сетку, и в цепи анода возникает тлеющий разряд.
Наши отечественные тиратроны тлеющего разряда, как правило, имеют сверхминиатюрное оформление и наполнены неоном, или
аргоном, или неоно-аргоновой смесью. Они могут работать при температуре окружающей среды от — 60 до +100° С. Их долговечность
составляет несколько тысяч часов. Рабочие напряжения сеток и анода десятки — сотни вольт. Время восстановления управляющего
действия сетки после прекращения анодного тока зависит от длительности деионизации и обычно составляет десятки или сотни микросекунд.
В качестве примера применения тиратрона рассмотрим простейшую схему тиратронного генератора пилообразного напряжения
(рис. 21.14, а). От источника анодного питания Eа через резистор R заряжается конденсатор
С. Параллельно конденсатору включен тиратрон Л. Во время заряда конденсатора напряжение на нем растет, и когда оно
достигает напряжения возникновения разряда UВ, то тиратрон отпирается и начинает проводить ток. Сопротивление
его становится сравнительно малым, и конденсатор быстро разряжается через тиратрон. Напряжение понижается до напряжения
прекращения разряда UП. Как только разряд в тиратроне прекратится, снова начнется сравнительно
медленный заряд конденсатора через резистор, сопротивление которого значительно больше сопротивления открытого тиратрона,
и весь процесс будет повторяться.
Рис. 21.15. Вольт-амперная характеристика и условное графическое обозначение неоновой лампы
График пилообразного напряжения, получающегося на аноде тиратрона и на конденсаторе, показан на рис. 21.14,6. Так как
напряжение UП у тиратронов невелико, а напряжение UВ достигает сотен вольт, то подобный генератор может выдавать пилообразное
напряжение с большой амплитудой. Чем больше сопротивление R и емкость С, тем медленнее происходит заряд
и тем ниже частота. Кроме того, если увеличить положительное напряжение сетки тиратрона, то понизится напряжение UВ
и это вызовет уменьшение амплитуды и повышение частоты.
|
