Іонні прилади тліючого розряду

Неонова лампа (рис. 1) — найпростіший іонний прилад—складається з балона, заповненого розрідженим інертним газом (неоном) і укріплених всередині балона двох дискових або циліндричних електродів. Характерно, що неонова лампа не має розжарюваного катода.

Коли напруга, прикладена до лампи, менша за напругу запалювання, то в лампі розряд відбувається, проте він дуже слабкий і не має практичного значення. Коли ж прикладена напруга дорівнює напрузі запалювання або, тим більше, перевершує її, то в лампі утворюється тліючий розряд, який супроводжується оранжево-червоним свіченням неону. Коли напруга на електродах лампи стане меншою від напруги гасіння лампи, тліючий розряд припиниться і лампа згасне. Напруга гасіння завжди менша від напруги запалювання.

 

Рис. 1. – Неонові лампи:

а — СН-1; б — МН-3; в — умовне позначення на схемах.

 

Неонову лампу можна вмикати в коло постійного і змінного струмів, пам'ятаючи при цьому, що опір «запаленої» лампи дуже малий і різке збільшення струму через неї може призвести до утворення дугового розряду і виходу лампи з ладу. Тому послідовно з лампою вмикають опір, що обмежує силу струму.

Характерна властивість неонової лампи, яка широко використовується на практиці, полягає в тому, що в полях високої частоти ці лампи світяться без підмиканя електродів до джерел живлення, оскільки ерс, потрібна для утворення розряду в газі, створюється електромагнітним полем високої частоти. У лампі в цьому випадку утворюється високочастотний розряд. Ця особливість неонових ламп зумовила їх переважне застосування як індикаторів напруги в радіоапаратурі.

Основні технічні дані неонових ламп типів МН3, МН5, МН11 (мініатюрні неонові) відповідно такі: напруга запалювання 65, 150, 85 В; сила робочого струму 1; 0,2; 5А; строк служби 300, 500, 100 год.

Стабілітрон — іонний стабілізатор напруги — застосовують у мережах постійного струму, коли напругу на навантаженні треба підтримувати незмінною.

У стабілітроні всередині скляного балона (рис. 2, а), заповненого інертним газом (неоном, гелієм, аргоном) або парами ртуті, розміщено два циліндричні електроди: зовнішній — катод 3 і внутрішній— анод 1, а в деяких конструкціях ще й запалюючий електрод 2.

 

Рис. 2. Стабілітрон:

а— будова; б — вольт-амперна характеристика; в — схема вмикання

 

Запалюючий електрод з'єднаний з катодом і забезпечує зниження напруги запалювання приладу, оскільки відстань між ним і анодом менша, ніж між катодом і анодом.

Вольт-амперна характеристика стабілітрона (рис. 2, б) показує, що, як тільки прилад «запалиться» U=U_з, напруга на електродах зменшиться до робочої U _р, а струм досягне значення /_р. Характеристика відображує стабілізуючу дію приладу: зміна струму в діапазоні від I_min до I_mах практично не позначається на напрузі, і його можна вважати постійним. Струм, більший за І_тах, недопустимий, оскільки прилад може перейти в режим дугового розряду, електроди розплавляться і стабілітрон вийде з ладу.

Схему вмикання стабілітрона зображено на рис. 2, в. Принцип стабілізації напруги полягає в тому, що з підвищенням напруги U₀ живлення збільшується струм через баластний опір R_бі ділянку тп кола. Здавалося б, мав би збільшитися спад напруги і на резисторі R_б, і наділянні тп. Насправді ж напруга на ділянці тп майже не збільшується, оскільки відповідно до характеристики стабілітрона зміна струму майже не спричинює зміни напруги на його електродах, і через навантаження R_н проходить майже такий самий, як і раніше, струм І_н.

Стабілізатори на стабілітронах прості і досить надійні. Однак у них низький коефіцієнт корисної дії, оскільки при нормальному режимі в колі частина струму проходить через прилад.

Як приклад наведемо технічні дані стабілітронів газорозрядних типів СПП, СГ19С і СГ304С (відповідно): сила струму 5—30, 10—60 і 0,05—1,0 мА, строк служби 1000, 500 і 500 год, напруга горіння 143—155 В, 1,05—1,15 і 28,5-31,5 кВ.

Тиратрон з холодним катодом (рис. 3)—триелектродний іонний прилад тліючого розряду. Всередині балона 4, заповненого інертним газом, закріплено три електроди: катод 1 у формі закритого зверху циліндра; сітка З у вигляді шайби з отвором у центрі і анод 2 — загострений стержень, що проходить крізь отвір у шайбі. Виводами 5 від електродів є тонкі гнучкі провідники.

 

 

Рис. 3 – Тиратрон з холодним катодом:

а — будова тиратрона МТХ-90; б — умовне позначення на схемах.

 

Сітка виконує функції пускового пристрою. На неї подається позитивна напруга (значно менша, ніж на анод), і між нею і катодом встановлюється режим так званого тихого розряду, внаслідок чого поблизу катода утворюється область іонізованого газу. До анода в цей час прикладено високу напругу, проте недостатню для того, щоб тиратрон відкрився, тобто щоб між анодом і катодом утворився тліючий розряд. Тиратрон, як кажуть, перебуває на грані спрацьовування.

Досить тепер подати на сітку запускаючий імпульс, як миттю у просторі між сіткою і катодом утворюється тліючий розряд. Внаслідок додаткової іонізації газу різко збільшується кількість вільних електронів, і, таким чином, створюються умови для утворення тліючого розряду вже на ділянці анод — катод при тій самій анодній напрузі. Тліючий розряд ніби перекидається на анод — тиратрон запалюється. Відразу після цього сітка втрачає свої керівні властивості, оскільки навіть негативна напруга, яку подано на неї, не може заперти тиратрон, тому що негативний заряд сітки буде нейтралізовано позитивними іонами газу, що оточують сітку. Щоб погасити тиратрон, треба зменшити анодну напругу.

Технічні дані тиратронів з холодним катодом марок МТХ-90 (малогабаритний), ТХ-2 і ТХ-5Б відповідно такі: напруга запалювання 150, 350 і 225 В, короткочасний струм анода (не менше) 8,5; 100 і 1,5 мА, довговічність 10000 спрацьовувань 500 і 5000 год.

Контрольні запитання:

1. В чому суть роботи газорозрядних приладів?

2. Які бувають розряди в газах?

3. Які прилади належать до приладів самостійного розряду?

4. Які прилади належать до приладів тліючого розряду?