Программа расчета диаметра d и высоты намотки провода Н:

Пх 1 t 4 X П-х 2 F чГ"хП 3 С/П П-х 3 F х Пх 2 X Пх 4 X хП -8 П-х 9 t 4 X П-х 7 X Пх 8 - хП а С/П

Ввод: = П1; тг = П2; w = П4; h = П7; = П9. Вывод: d=mb; Я = Па.

Глава тридцать третья

ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ПРИБОРОВ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА

К классу приборов тлеющего разряда относятся разнообразные приборы: стабилитроны, релейные и индикаторные тиратроны, сигнальнью и цифровые индикаторы, матриодые индикаторы постоянного тока с внешней адресацией и с самосканированием, матричные индикаторы переменного тока. Характерной чертой большинства этих приборов является то, что они содержат диодные газоразрядные промежутки, которые в большей или меньшей степени взаимосвязаны. Проектирование приборов включает выбор конфигурации и расчет на заданные параметры такой геометрии промежутков, при которой реализуются заданные взаимосвязи между ними. Ограничимся расчетом геометрии и выбором конфигурации промежутков.

Рассмотрим конструирование стабилитрона тлеющего разряда, который и представляет собой изолированный диодный промежуток.

Решение данной задачи целесообразно разбить на следующие этапы:

утовдение требований к электрическим параметрам стабилитрона на основании анализа типовой схемы включения;

выбор прототипной конструкции стабилитрона;

расчет основных конструктивньгх параметров стабилитрона, а именно конфигурации и основных геометрических размеров, рода и давления наполняющего газа;

уточнение технологических особенностей процесса изготовления прибора и их влияния на конструкцию и параметры.

Поставим задачу следующим образом: разработать прибор, который стабилизирует напряжеше С/вых на нагрузке с сопротивлением, меняющимся от R„min ДО Китах при изменении входного напряжения от C4x.mi« ДО иктах ДЛЯ схемы параметрической стабилизации, изображенной на рис. 26.1.

На первом этапе уточнения требований к электрическим параметрам стабилитрона найдем ток /„тех и напряжение возникновения разряда итах> на которые должен рассчитьшаться прибор. Примем для простоты СУвх =птш -Unmax, итах =4-

70 ED 50 40 30 ZD ID О

Рис. 33.1. Зависимость максимального тока стабилизации от напряжения возникновения разряда

Тогда ИЗ (26.4) вытекает

(tBx min - U)R

ninin

-~- (33„ 1)

130 14/115D m m wo wo zoo

Из (33.1) видно, что найти Icimax

можно, только определив предварительно С/в- При зтом желательно обеспечить минимальное значение С/в, так как с увеличением С растет /сттсх. что приводит к увеличению габаритных размеров стабилитрона и рассеиваемой на нем мощности, т. е. к ухудшению КПД схемы. Для иллюстрации на рис. 33.1 приведена расчетная зависимость Icrmax -fiPs) > построенная для Uxmax ~ = 250 В, С/вхт/и = 200 В, С/д = 150 В, нт/и =20 кОм, Rmax = 200 кОм.

Из этой кривой можно видеть, что катод стабилитрона для схемы параметрической стабилизации должен пропускать в режиме нормального разряда токи в десятки-сотни миллиампер. Указанное соображение позволяет перейти ко второму этапу поставленной задачи - выбору прототипной конструкции стабилитрона. Очевидно, что для увеличения рабочей поверхности катода при сохранении минимального общего объема целесообразно использовать коаксиально расположенные электроды, причем внешним электродом должен быть катод.

Следующий этап задачи - определение основных геометрических размеров, рода и давления наполняющего газа проводят, исходя из конкретно заданных исходных данных.

Пусть необходимо стабилизировать напряжение около 150 В на нагрузке с сопротивлением Rmin ~ 20 кОм и R„max ~ 250 кОм при UsM =270 В и ихтах = 350 В.

Прежде всего необходимо остановиться на том или ином газовом наполнении прибора. Желательно обеспечить минимальное значение напряжения возникновения разряда С. Согласно кривым рис. 25.8 это имеет место для так назьшаемой пеннинговой смеси 99,5% Ne + 0,5% Ar. Для заданной смеси выберем наиболее подходящий материал катода, обеспечивающий значение напряжения поддержания разряда, наиболее близкое к заданному С/. Используя (25.46) и данные табл. 25.3, найдем

1п(1 + 1/7) =(С/„- С/")77ф (33.2)

или, подставив численные значения,

1п(1 + 1/7) = (150 - 16,6) • 0,037 = 4,9.

Согаасно табл. 25.4 наиболее близкое значение 1п(1 + I/7) дает нераспыленный никель, на котором мы и остановимся в качестве материала катода. Для него можно по формулам (25.45) и (25.46) и табл. 25.3 и 25.4 найти

С/в = С/ + 1п(1 + Vi)hmax = 16,6 + 4,5/0,029 = 172 В;

С/п= и" + 1п(1 + 1/7)/77ф= 16,6+4,5/0,037 = 138 В.

Таким образом, разность заданного С/вых и реального С/д здесь составит 12 В, т. е. около 8%.

Рассмотрим теперь возможность подбора {/„ более точно путем выбора другого газового наполнения. Если в качестве такового взять чистый неон, то из (33.2) получим

1п(1 + 1/7) = (150 - 16,6) • 0,022 = 2,93,

что близко к 3,05 для нераспыленного никеля. Тогда по (25.45) и (25.46) и табл. 25.3,25.4 получим

С4 = 21,5 + 3,05/0,015 = 224 В; = 16,6 + 3,05/0,022 = 155 В.

В зтом случае разность заданного С/вых и реального С составляет всего 5 В, т. е. 3%.

Найдем значения /„тях ДЛя этих двух случаев. При газовом наполнении 99,5% Ne + 0,5% Аг: (350) - (138)172/(270 - 172) • 20 • 10-- 138/250 • 10 = 18 мА. При газовом наполнении Ne: (350 - 155) X X 224/(270 - 224) • 20 • 10 - 155/250 • 10 = 47,8 мА. Отсюда вытекает, что использование чистого неона вместо неоно-аргоновой смеси позволяет ползать более точное значение С/т, однако при этом катод должен вьщерживать заметно большие токи. Потери мощности в стабилитроне для неоно-аргоновой смеси составляют 138 В • 18 мА =2,5 Вт, а для чистого неона - 155 В • 47,8 мА = 7,4 Вт, т. е. в 3 раза больше.

После выбора рода газа можно перейти к определению его давления, размеров катода и расстояния между катодом и анодом. При зтом целесообразно исходить из стандартных размеров баллонов. Если исходить из вьшолнения стабилитрона в миниатюрном исполнении, т. е. в баллоне диаметром 20 мм, то диаметр катода ZJ можно взять рав-нь1М 15 мм, а его высоту =40 мм. Соответственно площадь катода

= 7г/)кЯк = 3,14 • 0,015 • 0,04 = 1,88 • 10" м (33.3)

и для наших конкретных данных

5= 3,14-0,015-0,04 м = 1,88 • 10" м