ГАЗОСВЕТНЫЕ СИГНАЛЬНЫЕ ЛАМПЫ

ТЕМА: ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ПРИБОРЫ

ПЛАН

1. Основные разновидности электрических разрядов в газе

2. Газотрон

3. Тиратрон

4. Стабилитрон

5. Газосветные сигнальные лампы и индикаторы

6. Условные обозначения и маркировка газоразрядных приборов

 

 

ЗАДАНИЕ

ЗАКОНСПЕКТИРОВАТЬ В ТЕТРАДЬ 3,4,5,6 ВОПРОС ТЕМЫ

 

ОСНОВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

РАЗРЯДОВ В ГАЗЕ

Принцип действия газоразрядных или ионных при­боров основан на физических процессах, протекающих при прохождении электрического тока через газ. Про­хождение тока через газовую среду называют газо­вым разрядом. При этом ток создается не только направленным перемещением электронов, но и встреч­ным движением ионов.

Различают несамостоятельный и самостоятельный газовые разряды. Если заряженные частицы в раз­рядном промежутке образуются за счет внешних факторов (нагрев катода, радиоактивное облуче­ние и т. д.), то газовый разряд называют несамо­стоятельным. Если газовый разряд поддержи­вается только за счет энергии электрического поля, возникающего при подаче напряжения на электроды, то разряд называют самостоятельным.

 

 

ГАЗОТРОН

Газотрон (или газотронный вентиль) представляет собой двухэлектродный газоразрядный прибор, работающий в режиме несамостоятельного дугового разряда.

Если электровакуумные диоды рассчитаны на работу при сравнительно небольших токах, измеряемых единицами или десятками миллиампер, а применение полупроводниковых диодов, способных работать при больших токах, ограничено пробивным напряжением
в несколько киловольт, то газотрон может работать при токах в сотни ампер и обратных напряжениях в десятки киловольт.

Катод газотрона подогревается от постороннего источника и обеспечивает термоэмиссию электронов.

Материалом для катода служит тугоплавкий металл (обычно вольфрам), который активируют барием или цезием. Анод изготовляют из металла или графита.

Термоэлектронная эмиссия катода обеспечивает газотрону одностороннюю проводимость: при прямом включении прибора, когда плюс источника напряже­ния подводят к аноду, а минус — к катоду, эмитированные электроны устремляются к аноду и в цепи возникает ток; при обратной полярности ток отсутству­ет, так как анод не подогревается и электронов не излучает.

Электроды размещают в баллоне, заполненном инертным газом или парами ртути. Под действием напряжения, приложенного в проводящем направле­нии, эмиттированные электроны разгоняются и приоб­ретают энергию, необходимую для ионизации молекул газа. Образовавшиеся при ионизации электроны вместе с эмиттированными движутся к аноду, а положитель­ные ионы — к катоду. Попадая на катод, ионы выбива­ют вторичные электроны.

Следует отметить, что резкое возрастание ионного тока может привести к разрушению оксидного слоя катода. Чтобы не допустить роста тока выше опреде­ленного расчетного значения и предохранить катод от разрушения, последовательно с газотроном включа­ют ограничительное сопротивление (иногда его роль может выполнять внутреннее сопротивление источника питания).

Падение напряжения в проводящем газотроне мало зависит от тока и составляет около 10 В.

Основная область применения газотронов — вы­прямление переменных токов в высоковольтных цепях. Срок службы газотронных вентилей с ртутным напол­нением достигает 5000 ч. Относительно малое падение напряжения в проводящем направлении (сотые доли процента от выпрямляемого напряжения) и очень малые обратные токи делают эти приборы весьма экономичными.

В схемах двухполупериодного выпрямления удобно применять сдвоенные газотроны, у которых в одном баллоне размещается два анода и два катода.

Существенным недостатком мощных газотронов является большая тепловая инерция, выражающаяся в том, что для разогревания катода до рабочей темпе­ратуры требуется около 30 мин.

 

ТИРАТРОН

Тиратрон является ионным прибором с тремя или четырьмя электродами, моментом зажигания которого можно управлять.

Различают тиратроны:

- с горячим нагреваемым катодом (несамостоятельным дуговым разрядом)

- с холодным катодом (работающие в режиме самостоя­тельного тлеющего разряда).

Устройство тиратрона с накаленным (горячим) ка­тодом показано на рис. 15.3. В баллоне 6, заполненном разреженным инертным газом, размещают анод 1, ­

 

 

катод 4 и управляющий электрод 2. Нагревание вольф­рамового катода, активированного барием, цезием или их оксидами производится постоянным илн перемен­ным током. В последнем случае применяют катод косвенного накала, обладающий достаточной тепловой инерцией, чтобы исключить колебания плотности пуч­ка эмиттированных электронов. Тепловой экран 3 в виде закрытого цилиндра с отверстием в торце уменьшает потери теплоты катодом и направляет электроны к аноду через отверстия в управляющем электроде (сетке). Анод и сетку изготовляют из ни­келя.

Пусть к аноду тиратрона подведено положитель­ное напряжение, значение которого превышает напря­жение зажигания дугового разряда. На сетку подано отрицательное напряжение, создающее потенциаль­ный барьер, непреодолимый для эмиттировавших из катода электронов. Втаком состоянии тиратрон по­гашен, анодный ток равен нулю. При подаче на сетку управляющего сигнала, компенсирующего отрицатель­ный потенциал, электроны устремляются от катода к аноду, ионизируя по пути молекулы газа. Вспыхивает дуговой разряд, ток которого практически ограничи­вается только сопротивлением нагрузки в цепи анода. Возрастание тока от нуля до номинального значения происходит очень быстро, за 10^-8 с. Таким образом, с помощью управляющего электрода можно регулиро­вать момент зажигания тиратрона.

Если снова подать на сетку отрицательное напря­жение, то это никак не повлияет на ток дугового раз­ряда, так как положительные ионы газа притягивают­ся к сетке, компенсируя ее отрицательный потенциал. Чтобы погасить тиратрон, надо выключить анодное напряжение.

Устройство тиратрона с холодным катодом пред­ставлено на рис. 15.4. Катод 1 в виде полого цилиндра из никеля внутри активирован цезием. Малая работа выхода и большая излучающая поверхность обеспе­чивают необходимое количество эмиттированных электронов. Анодом служит цилиндрический стержень из молибдена 3. Управляющий электрод 2 в виде шайбы размещен у торца анода.

В исходном положении (тиратрон погашен, анод­ный ток равен нулю) на анод подано положительное напряжение, меньшее напряжения зажигания, но пре­вышающее напряжение горения. Если подать на уп­равляющий электрод положительный импульс напря­жения, вспыхивает тлеющий разряд, обеспечивающий протекание анодного тока. Для гашения тиратрона надо выключить анодное напряжение.

Чтобы улучшить характеристику зажигания ти­ратрона и снизить импульс тока управляющего элек­трода, можно ввести дополнительный (четвертый) электрод, к которому подводится часть анодного напряжения. Тиратроны используют как преобразова­тели тока (выпрямители и инверторы), а также как бесконтактные реле в схемах автоматики, управления, защиты.

СТАБИЛИТРОН

Стабилитрон (рис. 15.5) представляет собой двухэлектродную газонаполненную лампу тлеющего раз­ряда с холодным катодом.

Катод 1 в виде полого цилиндра изготовляют из никеля, внутреннюю поверх­ность катода активируют. Анод 2 в форме стержня

 

Рис. 15.5 Устройство стабилитрона тлеющего разряда:

1 – катод; 2 – анод;

3 – поджигающий электрод

 

 

устанавливают по оси катода. К катоду приваривается проволочка, свободный конец которой размещается возле анода, не касаясь его. Эта проволочка инициирует процесс

Промышленность выпускает стабилитроны с расчетным напряжением стабилизации от 70 В до 1 кВ и рабочими токами от 5 до 30 мА.

Стабилитрон обычно применяют для стабилизации напряжения маломощных источников питания пере­носной радиоаппаратуры.

ГАЗОСВЕТНЫЕ СИГНАЛЬНЫЕ ЛАМПЫ

И ИНДИКАТОРЫ

Сигнальные лампы работают в режиме тлеющегоразряда.

В баллоне, заполненном газом (обычно неоном), размещают два электрода цилиндрической формы (рис. 15.8). Внешний полый цилиндр служит катодом, внутренний, расположенный по оси внешнего,— анодом. При наличии на электродах постоянного напряжения возникает тлеющий разряд и околокатодное пространство светится красным светом.
Для изменения светового оттенка к неону добавляют другие газы: гелий, аргон.

Газосветные сигнальные лампы для работы в цепях переменного тока изготовляют с одинаковыми электродами в виде дисков. Тогда по окончании каждого полупериода напряжения анод и катод как бы меняются местами и при очень высоких частотах электроны, не успевая пройти межэлектродное рас­стояние, начинают совершать колебательные движе­ния, ионизуя молекулы газа. Одновременно идет про­цесс рекомбинации молекул и весь объем газа между электродами светится.

 

 

Рис. 15.8 (1) Сигнальная газосветная лампа

 

Рис. 15.9 (2) Цифровой газосветный индикатор

 

 

Газосветные лампы, изготовленные в виде тонких длинных стеклянных трубок (напоминающих ртутные термометры), можно использовать в качестве вольт­метров. Принцип их действия основан на том, что чем больше напряжение между анодом и катодом, тем выше столбик светящегося газа. Нанеся на по­верхность трубки градуировочные деления, можно отсчитывать значения напряжения с точностью до 3%.

Газосветные лампы широко применяются в ка­честве цифровых индикаторов (рис. 15.9), работаю­щих в режиме тлеющего разряда, когда светится тон­кий слой газа, примыкающий к катоду. Баллон ин­дикаторной лампы наполняют неоном или смесью инертных газов, имеющей пониженное напряжение зажигания. Анод изготовляют из никелевой проволоки в виде сетки,через которую просматриваются распо­ложенные один под другим десять катодов из хромо­вой нли титановой проволоки, выполненные в виде цифр от нуля до девяти. Каждый катод имеет свой вывод.

Подавая напряжение на анод и один из катодов, высвечивают нужную цифру. Для индикации много­разрядных чисел несколько (по числу разрядов) цифровых индикаторов располагают в строку.