6.7.6. Тиратрон тлеющего разряда.
Тиратрон тлеющего разряда — это трех- или четырех электродный прибор, в котором используется тлеющий разряд. В тиратроне кроме анода и катода имеются электроды, позволяющие управлять моментом зажигания. В зависимости от числа дополнительных электродов, их формы и взаимного расположения управление процессом зажигания оказывается различным.
В трехэлектродном тиратроне (МТХ-90) управляющий электрод, который в дальнейшем будем называть управляющей сеткой С, выполняют в виде кольца, диафрагмы или цилиндра (рис. 11-6,а). Катод (К) имеет форму цилиндра, внутренняя поверхность которого активируется цезием. Анод (А) в форме штырька помещают в стеклянный чехол так, чтобы открытым оставался только торец, вставленный в отверстие кольца, выполняющего роль управляющей сетки. В качестве наполнителя используют неон (иногда водород) при давлении (Р=10-1 – 10-2 Па).
В рабочей схеме (рис. 11-6,б) к аноду через ограничительный резистор Rогр подают напряжение Uа≈Еа которое больше напряжения горения нормального тлеющего разряда, но меньше напряжения зажигания (при отсутствии тока сетки) Ua.тл≤Uа≤Uа.з при Iс=0. Поэтому в исходном состоянии тиратрон погашен.
К сетке через ограничительный резистор R'огр подводят положительное напряжение, которое вызывает тихий самостоятельный разряд - между сеткой и катодом.
С увеличением тока разряда сетки увеличивается объем междуэлектродного пространства, заполненный газоразрядной плазмой. В результате увеличения концентрации ионов в междуэлектродном пространстве, а также из-за электрического поля между анодом и приблизившейся к нему газоразрядной плазмой при определенном токе разряда сетки возникает тлеющий разряд между анодом и катодом. Так как напряжение зажигания зависит от тока сетки, то такие тиратроны получили название тиратронов с токовым управлением.
Основной характеристикой тиратрона является пусковая характеристика Ua.з= (Ic) устанавливающая связь напряжения зажигания с минимальным значением тока сетки, при котором происходит зажигание (рис. 11-6,в),
Вследствие зависимости процесса зажигания от ряда неконтролируемых условий, а также из-за разброса параметров однотипных тиратронов пусковую характеристику в справочниках обычно представляют в виде пусковой области. Любые точки, лежащие над пусковой областью, соответствуют условиям зажигания. Точки под пусковой областью соответствуют погашенному состоянию (если тиратрон не был ранее зажжен). После зажигания тиратрона его анодное напряжение Ua.тл в очень широких пределах не зависит от анодного тока (а также от тока сетки). Погасить зажженный тиратрон можно лишь кратковременным уменьшением анодного напряжения до значения Ua≤Uа.тл или просто разрывом анодной цепи на время, достаточное для деионизации газа.
а б в
Рис. 11.6. Схематическое устройство трехэлектродного тиратрона с холодным катодом (а),
схема включения (б), пусковая характеристика тиратрона МХТ-90 (в).
Более широкие возможности регулирования дает четырехэлектродный тиратрон (рис. 12.6,а), в котором зажигание осуществляется изменением потенциала на втором управляющем электроде (второй сетке). Катод такого тиратрона представляет собой плоскую пластину или проволочку с выступом посередине. Между катодом (К) и проволочным анодом (А) располагают две сетки С1 и С2 — металлические пластины с отверстиями против выступа катода. Схематическое обозначение четырехэлектродного тиратрона показано на рис. 12.6,в.
а б в
Рис.12.6. Схема устройства (а), условное графическое изображение (б) четырехэлектродного тиратрона с холодным катодом. в). Семейство пусковых характеристик тиратрона (ТХ-3Б) с двумя сетками.
В рабочей схеме на первую сетку тиратрона подают положительное напряжение, достаточное для возникновения подготовительного тихого самостоятельного разряда. Выступ на катоде облегчает возникновение подготовительного разряда и производит его фиксирование относительно отверстия первой сетки. На вторую сетку подают положительное напряжение меньшее, чем на первую сетку (Uc2<.Uc1). В результате между ними возникает тормозящее поле, препятствующее свободному движению электронов от катода к аноду (даже при значительном положительном, напряжении на аноде).
При увеличении напряжения на второй сетке электроны из области подготовительного разряда через отверстие второй сетки проникают к аноду, где, ускоряясь, производят ударную ионизацию газа, что приводит к возникновению тлеющего разряда между анодом и катодом. На рис. 12.6,в показаны семейства пусковых характеристик тиратрона с двумя сетками Ua.з = (Uc.2) при Ic1=const. Начальный (восходящий) участок характеристики (показанный штриховой линией) не используется. На рабочих (ниспадающих) участках характеристик с увеличением напряжения Uс.2 возникновение разряда облегчается, и он возникает при меньшем значении Uа. Чем больше ток подготовительного разряда, тем выше концентрация ионов и электронов возле выступа катода, тем легче (при прочих равных условиях) вызывается основной разряд.
Таким образом, произвести зажигание тиратрона с двумя сетками в рабочей области пусковых характеристик можно не только увеличением напряжения второй сетки на Uc.2 ,но и увеличением тока подготовительного разряда на Iс.1.
На рис. 12.6,в рассмотрен пример:Uа—200 В, Uс2=65 В, Iс.1=5 мкА — тиратрон погашен. Зажигание можно произвести увеличением напряжения на второй сетке на Uс2=75—65=10 В или увеличением тока подготовительного разряда на Ic.=10-5= 5 мкА.