Тиратроны тлеющего разряда

Широкое применение получили тиратроны тлеющего разряда (тиратроны с колодным катодом), т. е. газонаполненные триоды или тетроды. Они используются и автоматике, в релейных и счетных схемах, а также в релаксационных генераторах и других устройствах. Название тиратрон происходит от греческого слова «тира» — «дверь», подчеркивающего возможность «открывания» тира­трона с помощью сетки.

В тиратронах тлеющего разряда между анодом и катодом распо­ложен третий электрод, называемый сеткой, пусковым или поджигающим электродом. Сетка в тиратроне обладает более ограниченным действием, нежели в вакуумных триодах. В последних, изменяя напряжение сетки, можно полностью управлять анодным током, т. е. регулировать его от нуля до максимальной величины. А в тиратроне с помощью сетки можно только отпереть тиратрон, но нельзя изменять анодный ток. После возникновения разряда сетка теряет управляющее действие. Прекратить разряд в тиратроне можно только понижением анодного напряжения до величины, при которой разрядне сможет существовать, или разрывом анодной цепи.

На рис. 102 показаны дпе конструкции электродоа тиратрона тлеющего разряда. Расстояния между электродами и давление газа подо­браны так, что между сеткой и катодом возникает самостоятельный темный разряд при более низком напряжении, чем между анодом и като­дом. А затем может возникнуть тлеющий разряд на анод, если напряжение анода будет иметь достаточную величину. При этом ток сетки составляет не более единиц или десятков микроам­пер, а ток анода может быть в тысячи раз большим (единицы, ила десятки миллиампер).

Рис. 102. Устройство тиратронов тлеющего разряда: а —тиратрон типа МТХ90

1 — катод; 2 —анод; 3— сетка или пусковой электрод;

б — тиратрон ТХЗБ или ТХ4Б

1 — анод; 2 — вторая сетка; 3 — первая сетка; 4— катод;

в —пусковая характеристика тиратрона

Напряжение возникновения разряда в анодной цепи U_в тем ниже, чем больше ток сетки i_c. Это объясняется тем, что при большем токе сетки в промежутке сетка — катод возникает больше ионов и электро­нов и облегчается возникновение разряда в анодной пели.

Зависимость напряжения U_в от тока i_c (рис. 102, в) называется пусковой характеристикой. При отсутствии тока сетки напряжение воз­никновения разряда имеет наибольшую величину U_{в макс}. Увеличение тока i_c вызывает снижение U_в, сначала резкое, а затем медленное. Однако U_B не может быть меньше рабочего напряжения Uраб, необхо­димого для поддержания тлеющего разряда между анодом и катодом, Пусковая характеристика зависит от рода газа, его давления, формы и состояния поверхности электродов.

Как уже говорилось, после возникновения разряда в анодной пели сетка теряет управляющее действие и ток анода нельзя регулиро­вать изменением напряжения сетки. Прекратить главный разряд можно только разрывом анодной цепи или уменьшением

Потеря сеткой управляющего действия объясняется тем, что она окружена плазмой, в которой имеется большое количество электронови ионов. Положительно заряженная сетка притягивает из плазмы электроны, которые образуют около поверхности сетки отрицательно наряженный слой, нейтрализующий действие положительного заряда сетки (рис, 103, а). Если увеличить или уменьшить положительное напряжение сетки, то она будет притягивать ксебе из плазмы больше или меньше электронов и по-прежнему действие ее заряда будет нейтра­лизоваться соответственно изменившимся зарядом электронной обо­лочки вокруг сетки. 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. 103, б).

Электронная или ионная оболочка около поверхности сетки, показанная на рис. 103, находится в динамической состоянии. Так, например, ионы коснув­шись отрицательно заряженной сетки, отнимают от нее электроны и превра­щаются в нейтральные атомы, ко 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.

Схема включения тиратрона тлеющего разряда в качестве реле показана на рис. 104.

Рис. 103. Электронная или ионная оболочка около сетки

Напряжение анодного источника Ев должно быть меньше Uв макс, а напряжение Ес — меньше того, которое необхо­димо для возникновения разряда в промежутке сетка - катод. Резис­тор R _c ограничивает сеточный ток и поэтому увеличивает входное сопротивление схемы для источника импульсов, отпирающих тиратрон.

Рис. 104. Схема вклю­чения тиратрона тлеюще­го разряда

Когда положительный импульс напряжения достаточной величины поступает на сетку, то возникает разряд на участке сетка — катод.

Рели при этой получается ток сетки необходимой величины, то разряд переходит и на анод. Следовательно, импульс напряжения н тока о маломощного генератора в цени сетки вызывает значительный тоя в нагрузке R_u, включенной в анодную цепь.

Ряд тиратронов тлеющего разряда выпушен с двумя сетками (ТХЗБ, ТХ4Б и др.). В таких тиратронах управляющей сеткой является вторая сетка, более удаленная от катода. На первую сетку дается постоянное положительное напряжение и в цени этой сетки все время существует очень небольшой ток подготовительного разряда порядка единиц или десятков микроампер. На второй сетке постоянное положительное напряжение ниже, чем на первой сетке. Поэтому тормозящее ноле между сетками не допускает электроны к аноду. При подаче импульса дополнительного положительного 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 пеоном или аргоном или неоно-аргоновой смесью. Они могут работать при температурах окружающей среды от —60 до+(75-100⁰ С). Их долговечность состав­ляет несколько тысяч часов. Рабочие напряжения сеток и анода нахо­дятся в пределах от десятков до 100 – 300В. Напряжение сигнала, под­водимое к сетке для отпирания тиратрона, обычно бывает порядка еди­ниц или десятков вольт. Чтобы сеточные токи не превышали единиц или десятков микроампер, в цепи сеток включают ограничительные резисторы с сопротивлением до нескольких мегом. Время восстановления управ­ляющего действия сетки после прекращения анодного тока зависит от процесса деионизации и обычно составляет десятки или сотни микро­секунд.

Некоторые тиратроны имеют несколько сеток и предназначены для выполнения различных логических операций в электронно-вычис­лительных устройствах (например, ТХ6Г, ТХ7Гидр.). Тиратрон ТХ11Г применяется в качестве электрометрического прибора для регистрации малых токов 10^-11—10^-10 А.