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), "відкривання" {відмикання) тиратрона, що підкреслює можливість, за допомогою сітки.

У трьох електродних тиратронах тліючого розряду між анодом і катодом розташований третій електрод, званий сіткою або пусковим електродом. Сітка в тиратроні має більше обмежену дію, ніж в електронних електровакуумних тріодах. У 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 керуючі дії. Припинити розряд в тиратроні можна тільки пониженням анодної напруги до значення, при якому розряд не зможе існувати, або розривом анодного ланцюга.

На рис; 21.11 показаний пристрій одного з тиратронів тліючого розряду. Відстані між електродами і тиск газу підбираються так, що між сіткою і катодом виникає самостійний темний розряд при нижчій напрузі, ніж напруга між анодом і катодом. А потім може виникнути тліючий розряд між катодом і анодом, якщо напруга анода буде достатньою. При цьому струм сітки складає одиниці або десятки мікроампер, а струм анода може бути в тисячі разів більшим (одиниці або десятки міліампер). Напруга виникнення розряду в анодному ланцюзі U _в тим нижче, чим більше струм сітки i _д. Це пояснюється тим, що з ростом струму сітки в проміжку сітка - катод збільшується кількість іонів і електронів і полегшується виникнення розряду в анодному ланцюзі.

Залежність напруги U_в від струму i _д називається пусковою характеристикою. За відсутності струму сітки напруга виникнення розряду максимальна. Збільшення струму i _д викликає зниження напруги U _в, спочатку різке, а потім повільне. Проте значення U _в не може бути менше робочої напруги U _роб, необхідного для підтримки тліючого розряду між анодом і катодом. Пускова характеристика залежить від роду газу, його тиску, форми і стану поверхні електродів.

Втрата сіткою керівника дії після виникнення розряду в анодному ланцюзі пояснюється тим, що сітка оточена плазмою - з великою кількістю електронів і іонів. Позитивно заряджена сітка притягує з плазми електрони, які утворюють біля поверхні сітки негативно заряджений шар (електронну оболонку), нейтралізуючий дію позитивного заряду сітки (мал. 21.12, а). Якщо збільшити, або зменшити позитивну напругу сітки, то вона притягне до себе з плазми більше або менше електронів і як і раніше дія її заряду нейтралізуватиметься відповідно до зарядом електронної оболонки, що змінився. А якщо дати на сітку негативну напругу, то вона притягне з плазми позитивні іони, які створять навколо неї позитивно заряджений шар (іонну оболонку), нейтралізуючий дію негативного заряду сітки (мал. 21.12,6).

Електронна (чи іонна) оболонка сітки знаходиться в динамічному стані. Так, наприклад, іони, торкнувшись негативно зарядженої сітки, віднімають від неї електрони і перетворюються на нейтральні атоми, але на зміну їм до сітки притягуються з плазми нові іони. Якщо збільшити негативну напругу сітки, то вона притягне більше іонів. Заряд іонної оболонки збільшується і знову повністю компенсує дію негативного заряду сітки.Інакше можна сказати, що поле, що створюється зарядом сітки, зосереджене між сіткою і її іонною(чи електронною) оболонкою, як між обкладаннями конденсатора. Це поле не проникає через оболонку, тому не може впливати на струм анода.

Схема включення тиратрона тліючого розряду в якості реле показана на мал. 21.13. Напругу анодного джерела E _a повинно бути менше U _{в mах}, а напруга Е _д - менше того, яке потрібне для виникнення розряду в проміжку сітка - катод. Резистор R _д обмежує сітковий струм і тому збільшує вхідний опір схеми для джерела імпульсів, що відмикають тиратрон. Коли позитивний імпульс напруги, достатній для відмикання, поступає 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 R _н, включеному в анодний ланцюг.

Ряд тиратронів тліючого розряду випускається з двома сітками. У таких тиратронах управляє друга сітка, найвіддаленіша від катода. На першу сітку подається постійна позитивна напруга, і в ланцюзі цієї сітки увесь час існує дуже невеликий струм (одиниці або десятки мікроампер) так званого підготовчого розряду. На другій сітці постійна позитивна напруга нижча, ніж на першій. Тому гальмівне поле між сітками не допускає електрони до анода.

При подачі імпульсу додаткової напруги на другу сітку тиратрон відпирається, т. е. електрони проникають крізь другу сітку, і в ланцюзі анода виникає тліючий розряд.

Наші вітчизняні тиратрони тліючого розряду, як правило, мають надмініатюрне оформлення і наповнені неоном, або аргоном, або неонно-аргоновою сумішшю. Вони можуть працювати при температурі довкілля від - 60 до 100° С. Їх довговічність складає декілька тисяч годинників. Робоча напруга сіток знаходиться в межах від десятків до 100-300 В. Час відновлення управляючої дії сітки після припинення анодного струму залежить від тривалості деіонізації і зазвичай складає десятки або сотні мікросекунд.

В якості прикладу застосування тиратрона розглянемо просту схему тиратронного генератора пилкоподібної напруги (мал. 21.14, а). Від джерела анодного живлення Е _а через резистор R заряджається конденсатор С. Паралельно конденсатору включений тиратрон Л. Під час заряду конденсатора напруга на нім росте, і коли воно досягає напруги виникнення розряду U _в, то тиратрон відпирається і починає проводити струм. Опір його стає порівняно малим, і конденсатор швидко розряджається через тиратрон. Напруга знижується до напруги припинення розряду U _п. Як тільки розряд в тиратроні припиниться, знову почнеться порівняно повільний заряд конденсатора через резистор, опір якого значно більше опору відкритого тиратрона, і увесь процес повторюватиметься.

Графік пилкоподібної напруги, що виходить на аноді тиратрона і на конденсаторі, показаний на мал. 21.14,6. Оскільки напруга U _п у тиратронів невелике, а напруга U _в досягає сотень вольт, то подібний генератор може видавати пилкоподібну напругу з великою амплітудою. Чим більше опір R і ємність С, тим повільніше відбувається заряд і тим нижче частота. Крім того, якщо збільшити позитивну напругу сітки тиратрона, то знизиться напруга U _в і це викличе зменшення амплітуди і підвищення частоти.