книги из ГПНТБ / Кушманов И.В. Электронные приборы учеб. пособие

сколько мегаватт. Их устанавливают в антенные переключатели на расстояние 1=(2п—1)Х/4 от антенного фидера. Разрядник состоит из стеклянного баллона 1 , наполненного парами воды с примесью водорода, и дисков 2 и 3, впаянных в стекло. Диски соединяются с

имеет большое .входное сопротивление и поэтому энергия, просачи­ вающаяся на вход приемника, оказывается меньше излучаемой примерно в ІО7 раз. Время зажигания разряда не более ІО-9 с, а время деионизации не превышает 1—2 мкс. Если отраженный им­ пульс придет раньше, чем произойдет деионизация, то он не попа­ дет на вход приемника, так как последний будет все еще закоро­ чен разрядником. Поэтому время деионизации определяет мини­ мальное расстояние до цели, которое может измерить радиолока­ ционная станция. Когда разряд прекратится, слабый принимаемый импульс не сможет зажечь высокочастотный разряд и пройдет на вход приемника.

Допустимый ток в разряде порядка 15-ь20 А при напряжении горения 804-100 В. Для перестройки разрядника по диапазону не­ обходимо механически менять объем резонатора. Существуют так­ же широкополосные волноводные разрядники.

Разрядники применяют в основном для защиты цепей от пере­ напряжений, коммутации в радиотехнической аппаратуре, высоко­ вольтных установках и системах зажигания авиадвигателей и т. д.

Многоэлектродные газоразрядные приборы

ЦИФРОВЫЕ ИНДИКАТОРНЫЕ НЕОНОВЫЕ ЛАМПЫ

Эти приборы представляют собой многоэлектродные неоновые лампы типов ИН1, ИН2, ИН4, ИН14 и других, катоды ко­ торых выполнены из проволоки, соТнутой по форме знаков или арабских цифр от 0 до 9. Они имеют один или несколько сетчатых анодов и предназначены для индикации выходных данных счетных

зоо

тод и резко увеличивают выход электронов, что облетает зажига­ ние основного разряда. Чем больше ток подготовительного разряда (между сеткой и катодом), тем больше ионизация, а следователь­ но, и вторичная эмиссия. Это приводит к уменьшению потенциала зажигания ло анодной цепи.

Рис. 5.10. Характеристи­ ки тиратрона типа МТХ-90:

а) зажигания; б) пуско­ вая

Пусковая характеристика тиратрона — зависимость потенциала зажигания основного заряда от тока подготовительного разряда, протекающего через сетку и катод, — показана на рис. 5.106. Ти­ ратрон, как и триод, управляется двумя напряжениями — анодным и сеточным, поэтому можно зажигать тиратрон, изменяя напряже­ ние на аноде при постоянном токе сетки или меняя ток сетки при

го тйратрона выполнен из молибденовой проволоки, изогнутой та­ ким образом, чтобы петля приходилась против отверстия в сетке, выполненной в виде диска. Анодом служит никелевая проволока, изогнутая в форме буквы Г так (что конец ее приходится против отверстия в сетке. Рабочее напряжение тиратрона около 200 В,

302

поэтому при работе можно получить выходные импульсы большой амплитуды для запуска ряда устройств.

Четырехэлектродные тиратроны тлеющего разряда, называемые экранированными тиратронами, имеют анод, катод и две сетки. На­ пример, у тетрода ТХЗБ (рис. 5.116) катод представляет собой пластинку, к которой приварена проволока, изогнутая в централь­ ной части в виде петли. Край петли приходится против отверстий в сетках, изготовленных из никелевых пластин. За сетками находит­ ся анод, выполненный из никелевой проволоки. Все электроды кре­ пятся на слюдяных дисках параллельно оси баллона. Если обе сет­ ки соединить вместе, то получим тиратрон—триод, пусковая харак­ теристика которого аналогична приведенной на рис. 5.106.

В тетродном включении момент возникновения разряда между

го поля нужно значительно по­

высить напряжение на аноде с помощью резистора Re и, когда оно станет равным Дзамакс (точка Б характеристики на рис. 5.12), наи­ более быстрые электроны зажгут разряд на анод. При значитель­ ном уменьшении напряжения і£/С2. зажигается разряд между пер­ вой и второй сетками. Вторая сетка становится источником элек­ тронов, .которые двигаются к аноду и зажигают основной разряд. Регулируя потенциал второй сетки, можно менять напряжение за-

303

жигания Uза по аноду. Этот режим работы называется потенциалоным.

Токовый режим управления достигается изменением тока подго­ товки /сі. С ростом этого тока увеличивается число электронов в разряде первая сетка—катод и, следовательно, возрастает число электронов с большими скоростями. Поэтому при меньшем напря­ жении на второй сетке U' может зажечься основной разряд. При

определенных соотношениях между Uc2 и / сі напряжение зажига­ ния по аноду U3aмакс достигает максимального значения.

Таким образом, разряд в тиратроне можно зажечь либо измене­ нием одной из величин / сі, Uc2 или Ua, либо одновременным изме­ нением любой пары этих величин, либо одновременным изменени­ ем всех трех величин. Это требует тщательного выбора режима тет­ рода, что затрудняет его применение. Выходной сигнал в такой схе­ ме (тиратрон зажигается) появляется только при наличии строго определенных входных сигналов одновременно на всех трех элект­ родах (двух сетках и аноде).

Индикаторные тиратроны тлеющего разряда типа ТХ16Б с уп­ равляющим напряжением порядка нескольких единиц вольт пред­ назначены для индикации состояний в устройствах на полупровод­ никовых приборах. Эти тиратроны имеют подготовительный катод, на который подано отрицательное напряжение, стабильные харак­ теристики зажигания в области малых сеточных напряжений (2-т- 4-5 В) и высокое входное сопротивление. Анодное напряжение та­ ких приборов около ста вольт.

Аркотрон — тиратрон дугового разряда с безнакальным като­ дом, кроме катода, в него входят вспомогательный анод, управляю­ щая сетка и анод. Вспомогательный анод и сетка выполнены в ви­ де перфорированных дисков. В цепи вспомогательный анод—катод зажигается дуговой разряд, а при определенном напряжении на сетке электроны проходят через отверстия в ней и ионизируют газ в основном промежутке сетка—анод, переводя дугу на анод. Умень­ шением потенциала сетки можно погасить основную дугу. Рабочие токи аркотронов составляют несколько единиц ампер. В импульс­ ных режимах ток может достигать десятков ампер, а выходная мощность — десятков киловатт. Аркотроны при той же мощности имеют меньшие габариты, чем тиратроны с накаленным катодом.

Частотные свойства тиратронов определяются временем разви­ тия разряда и временем восстановления электрической прочности промежутка после прекращения разряда. Если начальная иониза­ ция под действием облучения отсутствует, то разряд может и не возникнуть даже при длительности запускающего импульса поряд­ ка нескольких секунд. Начальная ионизация создается путем зажи­ гания темного разряда в цепи сетка—катод. Это резко уменьшает нестабильность зажигания, поскольку разряд развивается с вполне определенного начального тока, называемого током подготовки, и при подаче запускающего импульса установление рабочего тока

304

займет гораздо меньше времени. В результате стабилизируются время срабатывания и другие параметры тиратрона.

Для зажигания разряда необходимо не только повысить напря­ жение на сетке, но и получить от источника пусковых сигналов ток, который должен статьѵбольше тока переброса. Для возбужде­ ния этого тока требуется некоторое время і3, которое уменьшается с увеличением тока подготовки / с и амплитуды напряжения UBX входного запускающего импульса. Зажигание основного разряда запаздывает тем меньше, чем больше U&и £/вх. Время запаздыва­ ния лежит в пределах от единиц до долей микросекунд.

После гашения тиратрона в разрядном промежутке происходит процесс деионизации, и напряжение зажигания увеличивается со временем, пока не достигнет статического значения. Это время на­ зывается временем восстановления и колеблется в пределах десят­ ков — сотен микросекунд.

Основное влияние на частотные свойства тиратронов оказывает время восстановления, поэтому устойчивая работа обычных прибо­ ров этого типа лежит в пределах десятка килогерц. Однако быстро­ действующие лампы типа ТХ13Г имеют время восстановления 5 мкс, а приборы с водородным наполнением имеют время сраба­ тывания 0,1—^—0,3 мс и время восстановления 0,6-е 0,7 мс, что позво­ ляет использовать их на частотах до одного мегагерца.

Тиратроны тлеющего разряда в потенциальном режиме имеют относительно большую нестабильность параметров, а также нере­ гулярность времени срабатывания, что затрудняло их широкое при­ менение. Однако, как было показано выше, темный разряд во вспо­ могательной цепи стабилизирует время срабатывания и другие параметры тиратронов. Частотный диапазон их теперь определяет­ ся только временем деионизации, и тиратроны широко применяют­ ся в схемах, работающих на частотах до десятков килогерц.

ДЕКАТРОНЫ

Декатрон — прибор тлеющего разряда, предназначен­ ный для счета импульсов в десятичной системе с одновременной индикацией показаний. Десятичный счетчик легко выполнить в ви­ де кольцевой схемы на десяти тиратронах с холодным катодом. Если поместить эти тиратроны в общий баллон, .несколько видоиз­ менив конструкцию электродов, то получится декатрон (рис. 5.14а). Он состоит из общего цилиндрического анода 1, окруженного 30 штырями-катодами 2 . Катоды соединены параллельно группами через два по десять в каждой. Индикаторные катоды 1К—9К, соот­ ветствующие цифрам от 1 до 9, соединены кольцом, а катод, реги­ стрирующий «0», выведен отдельно. Справа от каждого индикатор­ ного катода находится катод 1-й переносящей группы ПК-1 (иногда их называют 1-й группой подкатодов), слева — катод 2-й перено­ сящей группы ПК-2. Такой декатрон называется двухимпульсным, так как для его работы необходимо подавать на переносящие груп­

мый на катоды ПК-1, повышает напряжение между ними и анодом, поэтому разряд переходит на ближайший к нулевому катоду шты­ рек группы ПК-1. Это объясняется тем, что имеются ионы ранее го­ ревшего нулевого катода и потенциал зажигания этого штырька наименьший из всей группы. Разряд у нулевого катода гаснет, по­ скольку увеличивается падение напряжения на резисторе R от то­ ка нового разряда и напряжение между анодом и нулевым катодом становится меньше Ur. Режим разряда подкатода выбирают таким, чтобы предотвратить зажигание у остальных штырьков.

Во избежание возвращения разряда на нулевой катод после прекращения действия первого импульса на подкатоды ПК-2 пода­ ют второй импульс, который переводит разряд аналогичным обра­ зом на ближайший штырек второй группы. После прекращения действия этого импульса разряд зажигается на ближайшем катоде счетной группы — цифре 1 Последующий импульс переводит разряд на счетный катод 2 и т. д. Десятый импульс переводит раз­ ряд на штьіреіс 0, и на резисторе появляется выходной импульс напряжения (так как через него протекает разрядный ток), кото­ рый после соответствующей обработки может запускать последую­ щий декатрон, считающий десятки импульсов и т. д.. Цепь из четы­ рех последовательно включенных декатронов может обеспечить счет от 0 до 9999.' В реверсивном режиме, когда первый сформиро­ ванный импульс подается на ПК-2, а второй — на ПК-1, светящая­ ся точка вращается в противоположном направлении 0—9—8 и т. д. Этот принцип используется для вычитания импульсов.

Коммутаторный декатрон имеет вывод от всех счетных подка­ тодов, что позволяет использовать его для бесконтактного переклю­ чения цепей.

Одноимпульсный декатрон содержит дополнительную третью группу переносящих подкатодов ПК.-3, соединенных вместе (кроме девятого подкатода, который выводится отдельно). Каждый катод этой группы расположен между катодом, принадлежащим второй группе, и счетными катодами. При таком расположении для пере­ носа разряда на следующий счетный катод требуется один импульс, что упрощает схему управления. Однако реверсивная работа здесь невозможна. Скорость счета может достигать і О5 имп/с.

Декатрон с направленным, катодом позволяет повысить скорость счета до 1 МГц, поскольку он включает только одну группу подка­ тодов, что уменьшает время, необходимое для переноса заряда на следующий счетный катод (исключается время переноса разряда по двум или трем подкатодам).

Промышленностью выпускаются декатроны, имеющие разные параметры и назначения. Например, двухимпульсный декатрон ОГ4 позволяет считать со скоростью 2 кГц и имеет оранжево-крас­ ное свечение; декатрон с направленным катодом ОГ8 имеет пре­ дельную скорость счета 100 кГц и светится голубым цветом; двух­ импульсный коммутаторный декатрон А103 позволяет считать со скоростью 50 кГц и имеет синее свечение.

307

5.3. ИОННЫЕ ПРИБОРЫ С НАКАЛЕННЫМ КАТОДОМ

Газотроны

Газотрон — неуправляемый ионный вентиль с накали­ ваемым катодом и с несамостоятельным дуговым разрядом в газе или парах ртути. Его условное обозначение и конструкция показа­ ны на рис. 5.15. Анод изготовляют из материалов, имеющих малый коэффициент вторичной эмиссии (чаще из графита или молибдена). В маломощных и очень 'мощных газотронах используют подо­ гревный оксидный катод, а в мощных — оксид­ ный катод прямого накала. Параметры 'При­ боров этого типа определяются геометриче­ скими размерами электродов, их взаимным расположением и давлением газа или паров

ртути в баллоне.

При определенном обратном напряжении Uоз, называемом напряжением обратного за­ жигания на аноде, между анодом и катодом зажигается дуга. Большим значением П03 со­ ответствует меньшее давление наполнителя в приборе. Минимальное Давление наполнителя определяется условиями зажигания и горения дуги при прямом напряжении на аноде. При уменьшении давления растут напряжение за­ жигания и горения и уменьшается допустимый -средний ток через газотрон. Давление напол­ нителя определяется плотностью р газа или

пара и их температурой: p=pjBT, где В — удельная газовая пос­ тоянная. Плотность р определяет концентрацию атомов 'наполни­ теля іі в единице объема р— ѣгп, где m — масса атома или моле­ кулы. От плотности р зависят и физические процессы в разрядном промежутке.

Вгазонаполненных приборах плотность введенного в баллон га­ за меняется мало, поскольку она зависит от его массы. Со временем плотность несколько уменьшается из-за поглощения газа электро­ дами и стенками прибора. Кроме того, на нее влияет неравномер­ ность температуры в рабочем пространстве. От температуры окру­ жающей среды перераспределение плотности газа, а следователь­ но, и электрические характеристики прибора почти нё зависят.

Вприборах с ртутным заполнением поглощение паров ртути стенками и электродами не влияет на физические процессы в раз­ рядном промежутке, поскольку вместо поглощенных атомов с по­ верхности ртутной капли, находящейся на дне катодной горлови­ ны, испаряются новые атомы, благодаря этому в ртутном газотро­ не можно поддерживать более низкое давление, чем в газонапол-

308

некном, что обеспечит большие допустимые обратные напряжения. Давление ртутных паров зависит от температуры Тѵ жидкой рту­ ти, находящейся в катодной горловине. Если 7’Р< 1 5 С>С, то давле­ ние и плотность ртутных паров малы и образующиеся ионы лишь частично компенсируют пространственный заряд, что увеличивает напряжение, необходимое для поддержания дуги в разрядном промежутке. С ростом температуры напряжение горения Ur умень­ шается. При этом увеличивается давление пара и, следовательно, уменьшается напряжение обратного зажигания, поэтому темпера­ тура катодной горловины, близкая к температуре внешней среды, не должна превышать ГмакоЧтобы температура ртутной капли не зависела от режима работы, катодную горловину удаляют от като­ да, а сам катод заключают в тепловой экран, препятствующий нагреванию ртути при лучеиспускании (рис. 5.16). Анод выполнен

Тепловые экраны

Рис. 5.16. Конструкция газотро­ на с ртутным заполнением и его катодный узел

из графита и покрывает целиком катод и тепловой экран. Это пре­ пятствует движению ионов к стенкам колбы, где рекомбинация по­ вышает ее температуру, что может привести к размягчению стекла и разрушению баллона.

Напряжение накала в ионных приборах дугового разряда долж­ но быть меньше потенциала ионизации наполнителя, чтобы предот­ вратить зажигание дуги между выводами нити накала. Обычно оно составляет 2,5-^-6,3 В, причем большее значение относится к га­ зотронам с газовым наполнением. Конструкция катодов этих при­ боров анологична конструкции катодов маломощных электронных ламп.

У мощных газотронов требуемый ток эмиссии порядка десятков ампер, и для его получения необходимо затратить большую мощ­ ность на нагрев катода. При низком напряжении накала для этого

309