Литература.

1. Каганов И.Л. Ионные приборы. - М.: Энергия, 1972.

2. Генис А.А. Приборы тлеющего разряда. - Киев: Техника, 1970.

3. Гурлев Д.С. Справочник по ионным приборам. - Киев: Техника, 1979.

4. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника. - М.: Сов.радио, 1977.

16

Лабораторная работа № 2

"ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРАТРОНОВ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА"

1. Цель работы

Ознакомится с физическими основами действия, конструкциями, характеристиками и параметрами тиратронов тлеющего разряда с токовым и потенциальным управлением.

2. Теоретические сведения

Тиратроны тлеющего разряда (ТТР) - это газоразрядные приборы, имеющие один или несколько дополнительных электродов, с помощью которых осуществляется управление зажиганием тлеющего разряда.

В ТТР различают два способа управления напряжением зажигания: токовое и потенциальное.

Токовое управление осуществляется в тиратронах, имеющих кроме катода и анода дополнительный электрод в виде кольца, диска, короткого цилиндра, называемый сеткой.

Рис.1

Устройство тиратрона с токовым управлением и его обозначения показано на рис.1. Катод представляет собой полый никелевый цилиндр диаметром 8 мм и длиной 6 мм, внутренняя поверхность которого активизирована цезием для снижения

17

напряжения зажигания и горения. У нижней кромке катода установлена сетка в виде короткого цилиндра длиной 5 мм, верхняя часть которого углублена внутрь катода на 1-1,5 мм. Анод в виде молибденового стержня диаметром 0,6 мм заварен в стеклянный чехол; открытым остается только торец, который и является рабочей поверхностью анода. Электроды заключены в стеклянный баллон, наполненный неоном при давлении 19 мм. рт. столба.

Схема включения ТТР с токовым управлением приведена на рис.2. Здесь R_a и R_c - балластные сопротивления, служащие для ограничения тока соответственно в цепи анода и сетки.

Рис.2

Т.к. расстояние d_kc<<d_ka, то напряжение зажигания самостоятельного разряда U_{c заж} в зазоре сетка-катод оказывается меньше, чем напряжение зажигания разряда в цепи анода. Поэтому при подаче напряжения питания E_a в промежутке сотка-катод возникает тихий самостоятельный разряд с током единицы- десятки микроампер. Это обеспечивается включением в цепи сетки большого ограничительного сопротивления R_c=2-3 МГом. Наличие такого подготовительного разряда дает ряд преимуществ. В прикатодной области образуется область ионизированного газа, которую можно рассматривать как источник начальной ионизации.

При этом создается возможность управления величиной напряжения зажигания тлеющего разряда в промежутке катод-

18

анод: чем больше ток в цепи сетки J_c, чем интенсивнее ионизация газа в области катода, тем меньше напряжение зажигания U_a заж. разряда в цепи анода.

Зависимость U_{a заж}.=f(J_c) называется пусковой характерис-тикой тиратрона с холодным катодом. Вид экспериментальной пусковой характеристики показан на рис.3. Видно, что наилучшая управляемость зажиганием разряда наблюдается на крутом участке характеристики. Таким образом, с помощью небольших изменений токов сетки можно управлять возникновением

Рис.3

тлеющего разряда в анодной цепи ТТР и использовать его в качестве переключающего устройства (J_a>>J_c). Пологая часть характеристики не дает достаточной чувствительности и поэтому является нерабочей. Очевидно и то, что величина U_{a заж}. не может стать ниже напряжения, необходимого для горения разряда, т.е. напряжения горения. После зажигания тлеющего разряда межэлектродное пространство заполняется плазмой и сетка, окруженная двойным электрическим слоем, теряет свое управляющее действие. Величина установившегося тока анода при этом не зависит от J_c, а определяется величинами E_a и R_a:

19

Гашение разряда в цепи анода достигается либо снижением потенциала анода путем подачи импульса отрицательной полярности, либо разрывом цепи питания, либо схемными решениями,. направленными на снижение напряжения между анодом и катодом ниже уровня напряжения горения.

Если после зажигания разряда постепенно уменьшать величину балластного сопротивления или же при R_a=const увеличивать напряжение E_a, то можно снять анодную характеристику - зависимость между током разряда J_a и напряжением горения U_{a гор} . Вид ее приведен на рис.4 (кривая1).

Рис. 4

На характеристике имеется более или менее горизонтальный участок, характерный для нормального тлеющего разряда. Напряжение зажигания разряда можно изменять, устанавливая перед снятием характеристики новое значение тока сетки J_c. На этом же рисунке показана вольт - амперная характеристика подготовительного (тихого самостоятельного) разряда (рис.4, кривая 2).

Потенциальное управление зажиганием реализуется в ТТР, у которых между катодом и анодом имеется две или несколько сеток.

Устройство ТТР тетрадного типа и его условное обозначение показано на рис.5.

20

Рис.5

Рис.6

В стеклянном баллоне, наполненном неоном с незначительной примесью аргона при общем давлении 30-40 мм.рт.ст.,. помещается электродная система, состоящая из катода, двух сеток и анода. на первую сетку подается положительное напряжение 80-100 В, при котором в ее цепи горит подготовительный (тихий самостоятельный) разряд с током в десятки микроампер. Таким путем между катодом и первой сеткой

создается область начальной ионизации. На вторую сетку подается положительное напряжение 50-70 В (рис.6). Поэтому между сетками возникает тормозящее электрическое поле, препятствующее движению электронов из прикатодной области в прианодную, где между второй сеткой и анодом имеется сильное ускоряющее электрическое поле за счет высокого напряжения на аноде (200-250 В).

21

При определенном положительном напряжении на аноде увеличение напряжения U_c2 приводит к уменьшению тормозящего поля между сетками.

При U_c2=U_c1 наиболее быстрые электроны из области "плазменного катода" проходят через пространство между сетками и попадают в ускоряющее поле в зазоре вторая сетка - анод. В ускоряющем поле анода электроны приобретают энергию, достаточную для ударной ионизации, и достаточную для зажигания тлеющего разряда в цепи анода.

Повышение потенциала анода приводит к повышению потенциала точек пространства, в том числе и в пространстве между сетками и ослаблению тормозящего поля между ними. Это приводит к тому, что при большем U_a зажигание тлеющего разряда в цепи анода произойдет при меньшем напряжении U_c2. Следовательно, каждому значению напряжения U_c2 соответствует определенное напряжение U_a>U_{a гор}, при котором зажигается разряд. Изменяя напряжение U_c2 , можно управлять напряжением зажигания в цепи анода. Такой способ управления называется потенциальным.

Зависимость U_{a заж}.= f (U_c2) при J_c1 = const называется статической пусковой характеристикой тиратрона с потенциальным управлением.

Повышение тока J_c1 сопровождается ростом интенсивности ионизационных процессов и расширением прикатодной области, уменьшением эффективного расстояния между сетками. Вследствие этого при меньшем напряжении U_c2 создаются условия для возникновения тлеющего разряда в промежутке катод- анод. Вольт - амперные характеристики зазоров катод-первая сетка и катод-анод аналогичны характеристикам триодного тиратрона.

22

Рис.7

Схема включения ТТР с потенциальным управлением показана на рис.7. В схемах на вторую сетку подается начальное напряжение U_с2о < U_c2заж , при котором зажигание в цепи анода не происходит. Для поджига тиратрона на его вторую сетку подается пусковой импульс напряжения положительной полярности достаточной амплитуды. При этом напряжение на второй сетке повышается до U_c2>U_c2заж, при заданных U_a и J_c1 и происходит зажигание разряда в тиратроне.

3. Схема

Рис.8

23

Приведенная на рис.8 схема позволяет снять анодную U_a.=f1(J_а) и пусковую U_{a заж}.=f2(J_c) характеристики тиратрона с токовым управлением.

Питание электродов тиратронов осуществляется от источников постоянного напряжения 250 В. Для ограничения тока в цепях сеток и анодов включены балластные сопротивления R_a=40кОм, R_c= R_c1=2¸3Мгом.

Регулирование напряжений на сетках и анодах тиратронов производится с помощью потенциометров R₁, R₂.

Для измерения напряжений используются электронные вольтметры. Ключ "К" предназначен для разрыва цепи анодного тока при снятии пусковой характеристики. В работе исследуются тиратроны типа МТХ-90 и ТХ4Б.