Газотрони.

Газотроном називається двохелектродна лампа з підігрівним катодом і наповнений парами ртуті або інертними газами. Для створення більшої стабільності і надійної роботи в окремих випадках виготовляють газотрони наповненими воднем або сумішами ртуті і аргону. Катод у газотронів виготовляється активованим і, як правило, оксидним. Для зменшення теплових втрат він виготовляється з металевим екраном. Анод виготовляється із нікелю або заліза, а струм може досягати 100-1000А. Тоді анод виготовляється із графіту.

Рисунок 37. Конструкція газотрона

При ртутному наповнені газотрона в нього вводять каплю ртуті, яка в процесі роботи випарюється, створюючи необхідні умови для роботи газотрона. В зв’язку з тим, що випаровування ртуті залежить від зовнішньої температури, то газотрони, наповнені ртуттю, повинні експлуатуватися при температурі t=15-20 ⁰С.

В зв’язку з тим, що газ в області катод-анод переходить в стан плазми, виникає несамостійний дуговий розряд, то в цьому випадку падіння напруги на газотроні в основному визначається падінням напруги на при катодній ділянці, довжина якої приблизно дорівнює довжині вільного пробігу електрона. В при катодній області електрони набувають швидкості, достатньої для лавинної іонізації газу. Маса електрона набагато менша маси іонів, тому іони мають дуже малу швидкість руху, і струм в газотроні в основному визначається лавиною електронів.

Рисунок 38. Розподіл потенціалів в між електродному просторі газотрона

Максимальний струм в газотроні не перевищує термоелектронного струму катода. Основною характеристикою газотрону є анодна характеристика. Найбільш характернішою, при роботі газотрона, є початкова область ВАХ. Напруга запалювання, при якій виникає лавинна іонізація у паро ртутних газотронів 10-15В, у газонаповнених 100-600В. При цьому після виникнення дугового розряду падіння напруги на газотроні 5-7В, що набагато нижче ніж у кенотронів.

Рисунок 39. Анодна характеристика газотрона

Рисунок 40. Вольт-амперна характеристика газотрона

В зв’язку з тим, що між анодом і катодом в газотроні газ знаходиться в стані плазми, то в цих приладах при невеликих напругах можемо отримати великий струм. Недоліком газотронів являється те, що ВАХ має ділянку з від’ємним опором, що може привести до нестійкої роботи перетворювача енергії. Крім того деіонізація газу відбувається не миттєво, а потрібний час порядку 10-100мкс, це обмежує робочу частоту, і якщо частота буде підвищеною, деіонізація не відбудеться. При зміні полярності напруги живлення відбудеться зворотне виникнення самостійного дугового розряду між анодом і катодом, тобто вони поміняються місцями, що приведе до інтенсивного руйнування анода і газотрон вийде з ладу. Максимально допустимі напруги, які можуть бути прикладенні до газотрона лежать в межах 30-300кВ. В залежності від того, яким газом вони наповнені, струм може бути до 5000А.

Тиратрон дугового розряду.

Тиратроном дугового розряду називається газорозрядний прилад який має підігрівний катод, анод та керуючу сітку.

Тиратрони наповнюються парами ртуті, інертними газами або воднем і працюють в режимі несамостійного дугового розряду. Несамостійність цього дугового розряду визначається наявністю термонакалювального катода.

Рисунок 41. Конструкція тиратрона дугового розряду

Конструктивно анод і катод у тиратрона виготовлені аналогічно як у газотрона. Управляюча сітка виготовлена так, щоб повністю охоплювати катод. Цим повністю виключається можливість проходження електронів від катода до анода в обхід сітки. При водневому наповнені тиратрона за рахунок великої активності водню він поглинається електродами тиратрона і для підтримання нормальних умов роботи у потужних тиратронів вмонтовують спеціальні водневі генератори.

В найпростішому розумінні водневий генератор представляє собою ампулу, в якій є підігрівач, і наповнена вона гідридом титану (порошок).

При підключенні напруги до тиратрона одночасно вмикається і генератор водню. При нагріві гідриду титану інтенсивно випаровується водень, створюючи тиск 0,3-0,5 мм рт. ст. Цим забезпечуються нормальні умови для створення дугового розряду.

На керуючу сітку подається від’ємний потенціал відносно катода, і в просторі сітка-анод створюється гальмуюче поле для електронів. При деякій напрузі між сіткою і катодом для електронів, що емітуються катодом, створюється прискорювальне поле, енергії їх достатні для ступінчатої іонізації газу, в зовнішньому колі сітки починає проходити струм, який практично миттєво зростає до значення, яке обмежується напругою на аноді і на внутрішньому опорі тиратрона.

Падіння на плазмі не являється постійним для всіх тиратронів, а залежить від того яким газом він наповнений. Основними характеристиками тиратрона є залежність анодного і сіткового струмів від напруги на сітці.

При великому від’ємному потенціалі сітки електрони під дією поля сітки повертаються на катод. При зменшенні потенціалу сітки і при постійному потенціалі анода при напрузі запалювання - поле у катода стає прискорювальним, енергії електрона достатньо для іонізації газу, і в проміжку катод-анод створюється плазма, яка має велику провідність.

Рисунок 42. Вольт-амперна характеристика тиратрону

Позитивно зарядженні іони рухаються до сітки, створюючи струм в колі сітки. На поверхні сітки відбувається де іонізація газу, який знову поступає в область дугового розряду. За рахунок цього підтримується динамічна рівновага, і величина струму в колі анода при постійній напрузі на аноді U_a=const залишається незмінною. Навколо сітки створюється хмара із позитивних іонів газу. Позитивні іони нейтралізують потенціал сітки і вона не впливає на подальшу роботу тиратрона. Погасити тиратрон за допомогою підвищення від’ємної напруги сітки практично неможливо. Це можливо тільки в тому випадку, якщо проміжки між витками сітки будуть повністю перекриті хмарою іонів. Погасити тиратрон можливо тільки в тому разі, якщо зменшити напругу анода, яка повинна бути меншою від напруги 10-20В в залежності від типу газу.

Другою важливою характеристикою тиратрона є характеристика керування, яка показує зв’язок між напругою анода Uа і сітки U_с, і в залежності від типу сітки (густа чи рідка), може бути як права так і ліва характеристики керування.

Чим більша напруга анода U_а, тим при більшій напрузі сітки U_c створюється дуговий розряд в тиратроні. В зв’язку з тим, що умова іонізації газу може змінюватися за рахунок різних зовнішніх факторів, то пускова характеристика керування буде непостійною, а буде займати деяку область запалювання, ширина якої залежить від типу газу. Найбільш вузькою областю являється область запалення тиратронів, наповнених воднем.