Устройство, принцип работы, параметры, характеристики газоразрядных приборов

В настоящее время газоразрядные приборы имеют ограниченное применение. Поэтому кратко рассмотрим их особенности и области применения. В конкретном газоразряд­ном приборе используется какой-либо один вид электрического разряда.

Простейшим газоразрядным прибором является неоновая лампа — двухэлектродный прибор, работающий в режиме аномального тлеющего разряда. Неоновая лампа служит для индикации наличия напряжения или электромагнитного поля. При переменном напряжении низкой частоты анод и катод неоновой лампы попеременно меняют свои функции. При высокочастотном напряжении в неоновой лампе возникает высокочастотный разряд. Особенность этого разряда состоит в том, что электроны, возникшие в результате внешней ионизации, совершая коле­бательные движения при быстрой перемене знаков потенциала на электродах, ионизируют газ, который начинает светиться, а образовавшиеся малоподвижные ионы не успевают менять направление своего движения и образуют объемный положительный заряд. При этом эмиссия с поверхности электродов отсутствует.

Стабилитроны тлеющего разряда служат для стабилизации напряжения. Они работают в режиме нормального тлеющего разряда, в котором величина напря­жения на стабилитроне слабо зависит от величины тока. Катод стабилитрона вы­полнен в виде цилиндра, внутренняя поверхность которого специальным обра­зом обработана, чтобы повысить коэффициент вторичной электронной эмиссии. Для облегчения зажигания тлеющего разряда на внутренней поверхности цилин­дра имеется выступ, вокруг которого происходит шнурование разряда. Анодом стабилитрона является никелевый стержень, расположенный вдоль оси симмет­рии анода. Напряжение стабилизации определяется материалом катода, типом и давлением газа. Практически оно составляет порядка 100-200 В.

Тиратроны тлеющего разряда помимо катода и анода содержат сетку, которая служит для управления напряжением зажигания. На сетку подается небольшое положительное напряжение, под воздействием которого возникает вспомогатель­ный темный разряд. При увеличении анодного напряжения возникает тлеющий разряд между катодом и анодом. Чем больше величина тока вспомогательного разряда, тем меньше величина напряжения возникновения разряда в анодной цепи. Объясняется это тем, что с ростом тока сетки в промежутке между катодом и сеткой увеличивается количество ионов и электронов, благодаря чему облег­чается возникновение основного разряда.

Зависимость напряжения зажигания основного разряда от тока сетки называется пусковой характеристикой. После зажигания основного разряда сетка теряет свои управляющие свойства, то есть изменение потенциала сетки не влияет на анодный ток и анодное напряжение. Это объясняется тем, что положительно заряженная сетка притягивает к себе элект­роны, которые образуют около поверхности сетки отрицательно заряженный слой, нейтрализующий действие положительного заряда сетки. При увеличении или уменьшении положительного потенциала сетки увеличивается или уменьша­ется количество электронов, притягиваемых сеткой, и по-прежнему действие ее заряда будет нейтрализоваться соответственно изменяющимся зарядом электрон­ной оболочки. Если же на сетку подать отрицательное напряжение, то она притя­нет положительные ионы, которые создают вокруг нее положительно заряженный слой, нейтрализующий действие отрицательного заряда сетки. Помимо односе-точных тиратронов существуют двухсеточные. Б таких тиратронах управляющей является вторая сетка, более удаленная от катода. На первую сетку подается по­стоянное положительное напряжение, и в цепи этой сетки все время существует небольшой ток подготовительного разряда. На второй сетке напряжение ниже, чем на первой. Поэтому тормозящее поле между сетками не позволяет электро­нам проникнуть к аноду. Если же на вторую сетку подать импульс положитель­ного напряжения, то электроны проникнут сквозь вторую сетку к аноду и возник­нет тлеющий разряд. Из изложенного следует, что тиратроны обладают двумя устойчивыми состояниями: проводящим и непроводящим. Поэтому он находит применение в импульсных схемах электронной автоматики. При этом свечение газа обеспечивает индикацию состояния схемы.

Для визуальной цифровой (или буквенной) индикации электрических сигналов применяются знаковые индикаторы тлеющего разряда.

Такие индикаторы содер­жат несколько катодов, изготовленных из проволоки, выгнутой в виде цифр или других знаков, и расположенных один за другим. Анод сделан из проволочной сетки. При подаче напряжения между анодом и одним из катодов около катода возникает свечение газа, то есть становится видимым светящийся знак.

Для счета импульсов в десятичной системе с одновременной индикацией пока­заний предназначены декатроны. Они содержат один цилиндрический анод, вокруг которого в виде кольца расположены штыри-катоды. При поочередной по­даче на катоды отрицательных импульсов напряжения тлеющий разряд перено­сится от одного катода к другому. При этом через купол баллона наблюдается пе­ремещение по окружности светящейся точки. После каждых десяти импульсов схема управления выдает импульс на управляющую схему второго декатрона, ко­торый, в свою очередь, после десяти входных импульсов выдает запускающий импульс на следующий декатрон и т. д. При этом первый декатрон считает число единиц, второй — число десятков и т. д.

Для получения сложных изображений разработаны газоразрядные панели (ГРП). Они имеют много конструктивных разновидностей. Однако общим конструктив­ным признаком для большинства из них является наличие двух ортогональных прозрачных полосковых систем электродов (катодных и анодных), расположен­ных на стеклянных пластинах, отделенных друг от друга диэлектрической мас­кой с системой отверстий, шаг которых равен шагу полосковых электродов, то есть ГРП представляет собой совокупность большого числа двухэлектродных газораз­рядных приборов, работающих независимо друг от друга. При подаче напряже­ния между каким-либо иолосковым катодом и полосковым анодом через отвер­стие в диэлектрический маске возникает тлеющий разряд, наблюдаемый в виде светящейся точки. При подаче по определенному закону напряжения на несколь­ко катодов и анодов можно посредством точечного растра воспроизвести любую фигуру. ГРП могут давать и многоцветные изображения. Для этого надо на бо­ковые или торцевые стенки ячеек нанести покрытия из люминофоров, дающие свечение определенного цвета. Располагая рядом ячейки с покрытиями из люми­нофоров, дающих основные цвета (синий, зеленый, красный), можно получить цветное изображение.

Для защиты линий связи, обмоток выходных трансформаторов и других элемен­тов электрических цепей от перенапряжений применяются разрядники. Их дей­ствие основано на резком увеличении проводимости прибора вследствие воз­никновения тлеющего или дугового разряда между электродами. После снятия перегрузок разрядники вновь восстанавливают исходное высокое сопротивление.

Для защиты входа приемника радиолокационной станции от перегрузки при из­лучении передатчиком мощного импульса применяют резонансные разрядники СВЧ. Такие разрядники являются частью объемного резонатора, настроенного на частоту излучения передатчика, и включаются в высокочастотную линию, иду­щую от антенного фидера к входу приемника, на расстоянии от начала линии, кратном нечетному числу четвертей длины волны. При излучении передатчиком мощного радиоимпульса в резонаторе возбуждаются мощные колебания. На емкости, которую образуют электроды разрядника, развивается большое напряжение, в результате чего возникает высокочастотный разряд, сопротивление разрядника резко уменьшается и он практически закорачивает резонатор, вследствие чего излучаемый импульс передатчика не попадает на вход приемника. Принимаемый отраженный импульс не в состоянии зажечь разряд и проходит на вход приемника.

Среди приборов дугового разряда следует отметить газотроны и тиратроны, дли­тельное время применявшиеся для выпрямления высоких напряжений и больших токов. Газотрон представляет собой мощный диод с термоэлектрическим катодом, наполненный инертным газом или парами ртути. В отличие от вакуумного диода у газотрона отсутствует отрицательный объемный заряд около катода. Он ком­пенсируется положительными ионами.

газотрон

Поэтому в газотронах можно получить значительный анодный ток при небольшом анодном напряжении. В этом заклю­чается основное преимущество газотрона перед вакуумным диодом.

Тиратроны дугового разряда отличаются от газотронов наличием сетки, предназначенной для управления напряжением зажигания. Вместе с тем следует иметь в виду, что в настоящее время вакуумные диоды, газотроны и тиратроны практически полнос­тью вытеснены более долговечными, надежными и удобными в эксплуатации по­лупроводниковыми выпрямителями.

тиратроны

Контрольные вопросы

1. Что такое газовый разряд?

2. Охарактеризуйте самостоятельную и несамостоятельную проводимость газа.

3. Назовите виды электрических разрядов в газе.

4. Охарактеризуйте каждый из рассмотренных в лекции видов электрических разрядов в газе.

5. Где могут применяться рассмотренные виды электрических разрядов в газе?

6. Какие разновидности газоразрядных приборов существуют и для чего применяются?