Глава двадцать восьмая

ВЕНТИЛЬНЫЕ И ИМПУЛЬСНЫЕ ПРИБОРЫ НЕСАМОСТОЯТЕЛЬНОГО ДУГОВОГО РАЗРЯДА

28.1. КЛАССИФИКАЦИЯ

Разряд в приборах с накаленным катодом является несамостоятельным, так как термоэлектронная эмиссия из катода обусловлена не внутренними процессами, а нагревом катода до высокой температуры посредством внешнего источника электрогатания.

Приборы зтого класса предназначены для использования в схемах преобразования одаого вида злектрической энергии в другую. Так, вентильные приборы преобразуют переменный ток в постоянный (выпрямление) или постоянный ток в переменный (инвертирование), коммутаторные импульсные приборы - непрерьшный ток в импульсный.

Конструктивно различают:

газотроны - двухэлектродные вентили, предназначенные для простейших схем преобразования переменного тока в постоянный в нерегулируемых вьтрямителях;

тиратроны - приборы с сеточным управлением, предназначенные для регулируемых вьшрямителей или инверторов (тиратроны непрерьшного действия) или для импульсных модуляторов (импульсные тиратроны).

Следует заметить, что рабочее давление газа в приборах зтой группы составляет десятки паскалей, так что в зависимости от расстояния между электродами пробивные напряжения определяются левой (при малых расстояниях) или правой (при больших расстояниях) ветвью кривой Пашена.

28.2. ГАЗОТРОНЫ

Простейшая схема использования газотрона в качестве вентиля для преобразования переменного тока в постоянный и соответствующие диаграммы напряжений показаны на рис. 28.1, й, б. Вентильные свойства идеального прибора приводят к тому, что он проводит ток от анода Л к катоду/(Г и не проводит его в обратном направлении.

В реальном приборе при положительной полуволне напряжения на аноде напряжение источника Е почти полностью передается на нагрузку в виде напряжения Ud (за вычетом прямого падения напряжения между анодом и катодом вентиля AUg). При отрицательной полуволне через вентиль может проходить небольшой обратный ток, создающий падение напряжения на R, все остальное напряжение источника падает на вентиле (обратное напряжение f/обр)- Таким образом, из качественного рассмотрения работы этой простейшей схемы следует, что для расчета схемы вентиль должен характеризоваться следующими основными параметрами:

Е~ о

Рис. 28.1. Применение газотрона для выпрямления:

а - схема включения; б - диаграммы напряжений и токов

допустимым средним значением тока/а, ср; допустимым максимальным значением тока /а max, допустимым падением напряжения между анодом и катодом AU; максимальным обратным анодным напряжением Цэбр-Конструкция стеклянного газотрона типа ГГ 1-0,5/5 приведена на рис. 28.2. Газотрон содержит прямонакальный оксидный катод 4, изготовленный из свернутой в сгараль плоской ленты, дисковый никелевый анод 2, скрепленный с молибденовым анодным выводом 1, проходящим по центру стеклянной трубки 10. Катод и анод окружены анодным экраном 3, представляющим собой цилиндр с четырьмя поперечными диафрагмами. Диафрагмы 9 и 8 используются для крепления анодного экрана к стеклянной трубке, диафрагмы 8 и 7 образуют анодную камеру, диафрагма 5 используется для прикрепления анодного экрана к катодной ножке. Анодный экран электрически связан с катодом и вьшолняет несколько функций. Прежде всего, благодаря малому зазору между экраном и анодом пробивные напряжения определяются левой ветвью кривой Пашена и достаточно велики. Единственный путь прохождения разряда в таком газотроне - это от катода через отверстие в диафрагме 7 на анод. Размеры отверстия в диафрагме 7 выбираются таким образом, чтобы обеспечить минимальное напряжение возникновения разряда в прямом направлении и максимальное обратное пробивное напряжение.

Нижняя часть анодного экрана вьшолняет функции теплового барьера, препятствующего отводу тепла и тем самым повышающего экономичность катода.

Газовое наполнение прибора - смесь криптона с ксеноном. Инертное газовое наполнение расширяет область рабочих температур прибора, но уменьшает срок службы по сравнению с ртутным наполнением. Для поддержания чистоты газового наполнения использован газопоглотитель 6.

Прибор работает следующим образом. При подаче положительного напряжения на анод электроны, эмиттированные катодом, ускоряются по направлению к аноду, ионизир я при этом частицы газа. В проме-

Рис. 28.2. Конструкция стеклянного газотрона с газовым наполнением

жутке усханавливается характерное дпя дугового разряда распределение потенциала, показанное на рис. 28.3. В катодной области КО толщиной электроны ускоряются катодным падением приобретая энергию, необходимую для ионизации атомов или молекул газа (порядка потенциала иониза-1щи С/.). Объемный заряд в этой области создается преимущественно ионами, чем и обусловлен заметный положительный перепад напряжения.

Вслед за катодной областью идет плазменная область столбца JC дуги с протяженностью /, характеризуемая малой продольной напряженностью электрического поля AUJI. Поэтому падение в столбе не превы-щает нескольких единиц вольт. Переходный от плазмы к аноду участок анодной области АО может характеризоваться как положительным, так и отрицательным анодным падением напряжения +AUa или .

Поскольку общее падение напряжения на газотроне Д(/а должно быть минимально, стремятся получить отрицательное анодное падение, чтобы оно кoшeнcиpoвaлo положительное падение напряжения в столбе. Тогда общее падение напряжения на газотроне оказьшается приблизительно равным катодному.

Типичная ВАХ газотрона бьша изображена на рис. 25.12. После начального максимума, соответствующего возникновению разряда, ВАХ идет почти горизонтально до тех пор, пока ток анода не превысит ток эмиссии электронов из термокатода.

Если задаваемый нагрузкой в схеме рис. 28.1 ток больше тока термоэмиссии катода, то распределение потенциала в разряде изменяется таким образом, чтобы возникло дополнительное поле у катода, способное увеличить эмиссию. Увеличение поля происходит за счет накопления поло5Кительного объемного заряда ионов у катода и соответствующего роста катодного падения ДС/к- Сильно ускоренные за счет повышенного ДСк ионы выбивают дополнительные электроны из катода в результате 7-процессов и ток возрастает. Электрическое поле проникает и в слой