книги из ГПНТБ / Власов В.Ф. Электронные и ионные приборы Учеб.пособие для радиотехн.вузов и фак

называется экранирующей сеткой, а вторая пластина — управ­ ляющей сеткой (С 2). Пусковые характеристики данного тира­ трона также положительные, они приведены на рис. 21.9 для случая, когда первая и вторая сетки соединены.

Безнакальные тиратроны наполняют смесью неона и аргона. Поскольку разряд в этих приборах является тлеющим, падение напряжения между катодом и анодом при разряде в безнакальных тиратронах значительно больше, чем в тиратронах с на­ калённым катодом, а пропускаемые токи — меньше. Величина

\Р

Наибольшее распространение в настоящее время получили без­ накальные тиратроны' — триод МТХ-90 и тетрод ТХ-ЗБ. На рис. 21.10 приведена типовая схема включения безнакального ти­ ратрона ТХ-ЗБ в качестве реле, а в табл. 21.3 — данные типо­ вых режимов его работы.

570.

Гасящее сопротивление R ci выбирается таким, чтобы в цепи первой сетки постоянно проходил t o k / ci , соответствующий од­ ному из режимов, указанных в таблице. Для зажигания основ­ ного разряда в тиратроне необходимо в цепь второй сетки в дополнение к постоянному напряжению Е с2 подать входной сигнал длительностью не менее 15 мксек и напряжением не ме­ нее 25 в.

§ 21.3. Газосветные лампы

Приборы, наполненные газом и дающие при прохождении через них тока свечение, используемое для той или иной цели, называются «газосветными» лампами. Различные газы дают свет разного цвета, например, гелий даёт жёлтое свечение, ар-< гон — сиреневое, неон — красноватое, пары ртути — голубова­ то-зелёное. Применяются такие цветные лампы для рекламного и иллюминационного освещения, в качестве сигнальных ламп (указатели, маяки), для записи звука в звуковом кино, в фото­ телеграфных аппаратах для приёма изображений и т. д. Приме­ нение в фототелеграфных установках и в звуковом кино ламп с тлеющим светом обусловлено необходимостью иметь источник света, который мог бы изменять свою яркость чрезвычайно быст­ ро, несколько тысяч раз в секунду. Обычные лампы накаливания

светом. Точечные газосветные лампы ра­ ботают в режиме аномального катодного падения: При измене­

нии напряжения на электродах меняется величина тока, прохо-. дящего через лампу, и соответственно меняется яркость свече' ния, возбуждаемого в лампе.

571

Вольтамнерная характеристика газосветной лампы изобра­ жена на рис. .21.12. Направление изменения Ua и 1а показано на кривой стрелками. Прекращение тока наступает при неко­ тором значении U п — напряжении по­ тухания, которое всегда бывает мень­ ше напряжения зажигания. Такая ха­ рактеристика получила название «ги­ стерезисной характеристики» газосвет­

ной лампы.

Частотная характеристика лампы ТМН-2 показана на рис. 21.13. Начи­ ная с частоты /= 1500= 2000 гц, ста­ новится заметным уменьшение относи­ тельной силы света.

Такая инерционность, а также не­ достаточная яркость свечения не поз­ воляют применять лампу ТМН-2 в бы­ стродействующих фототелеграфных

аппаратах. Для последних разработаны газосветные лампы иной конструкции, дающие более яркое свечение и обладающие

меньшей инерционностью. В этих лампах применён накалённый катод и, в отличие от ранее описанных газосветных ламп, исполь­ зуется анодное свечение. Разряд сосредоточивается в узком соп­

Они имеют предельную рабочую частоту около 100 кгц. Напол­ нение ламп смесью аргона и азота позволяет увеличить предель-

572

ную частоту до 300 кгц, но при этом возрастает потребление то­ ка (до 210 ма при Ua=30 в) и снижается срок службы из-за поглощения азота в лампе.

§ 21.4. Ртутные вентили

Экситроны

Ртутные вентили являются приборами с самостоятельным дуговым разрядом, происходящим в парах ртути, которые обра­ зуются в разрядном пространстве, вследствие испарения в ва­ кууме ртути, используемой в качестве катода вентиля. Такой катод обладает почти неограниченной эмиссией и имеет боль­ шую долговечность. Ртуть, испаряющаяся при работе вентиля, конденсируется на стенках прибора и стекает обратно к катоду. Вследствие относительной простоты устройства и эксплуатации, высокого коэффициента полезного действия и способности вы­ держивать значительные перегрузки, ртутные вентили широко применяются в различных областях электротехники.

Различают два вида ртутных вентилей: экситроны (собствен­ но ртутные вентили) и игнитроны.

Принципиальное устройство и схема включения стеклянного ртутного экситрона показаны на рис. 21.15. Экситрон состоит из

стеклянной колбы, в нижней части которой налита ртуть, явля­ ющаяся катодом прибора (К). Большой баллон колбы служит для лучшей конденсации ртутных паров. Аноды экситрона, из-

573

ютовляемые'из стали или графита, расположены в специаль­ ных стеклянных трубках — «рукавах», приваренных к колбе. Экситрон, изображённый на рис. 21.15, имеет следующие шесть анодов:

1) три главных рабочих анода (А и'А 2 и Лз), к которым под­ водится выпрямляемое переменное напряжение от вторичной об­ мотки трёхфазного трансформатора Т\\ эта обмотка соединена «звездой» и нулевая точка её является отрицательным зажимом выпрямленного тока, положительным полюсом служит катод выпрямителя;

2)два анода (Лв) независимого возбуждения или, как их иногда называют, дежурные аноды, питаемые от вспомогатель­ ного трансформатора Т2 по схеме двухполупериодного выпрям­ ления;

3)один анод (Лл), расположенный около катода и служа­ щий для пуска выпрямителя.

Включив трансформатор Т2 и замкнув рубильник П, накло­ няют колбу так, чтобы ртуть соединилась с пусковым анодом Ап ; тогда половина вторичной обмотки трансформатора Т2 за­ мыкается на сопротивления гх и г2. При возвращении колбы в нормальное положение в месте разрыва цепи ртуть — пусковой анод возникает дуга, сопровождающаяся образованием на по­ верхности ртути светлого катодного пятна. Вследствие испаре­

ния ртути в вакууме всё разрядное пространство заполнено па­

рами ртути при давлении порядка_10~8 мм рт. ст. Электроны, интенсивно испускаемые катодный пятном за счёт автоэлектронной эмиссии, будут двигаться к одному из дежурных ано­ дов, заряженному в данный момент положительно.

Приобретая достаточную скорость, электроны ионизируют пары ртути и с получающимися, положительными и отрицатель­ ными ионами образуют ток в цепи дежурных анодов; между этими анодами и ртутным катодом устанавливается дуга: после этого рубильник П размыкают. Для обеспечения непрерывности горения дуги и перехода её с одного дежурного анода на другой (при изменении знака напряжения на них) в цепь дежурного зажигания включён дроссель Ьд^ Если дросселя нет, то при уменьшении положительного напряжения на работающем аноде до нуля, дуга между ним и ртутью гаснет (рис. 21.16а), пары ртути быстро деионизируются и при .появлении на другом аноде положительного напряжения дуга не зажжётся — надо опять «пускать» экситрон. При наличии дросселя изменения выпрямленного тока запаздывают относительно напряжения, и хотя напряжение от трансформатора Т2 на первом аноде упа­ дёт до нуля, ток и дуга в цепи этого анода не прекращаются, пары ртути остаются ионизированными и дуга возникает на вто­ ром аноде, как только на нём появится положительное напря­ жение (рис. 21.166). При включении трансформатора Тх между

574

ртутью и главными анодами возникает дуга, последовательно переходящая с одного анода на другой и на третий соответст­ венно изменениям их потенциалов (рис. 21.17) , причём в каждый

как ёолны трёхфазного тока перекрывают друг друга, и дежур­ ные аноды могут быть Выключены. В случае же колебаний на­ грузочного токк и возможного при работе значительного умень­ шенияего (телеграфный радиопередатчик) дежурное зажигание должно быть всё время включено, чтобы (поддерживать все вре­ мя на поверхности ртути катодное пятно. Для спокойногогоре­ ния дуги и безотказного её возникновения на других анодах не­ обходим ток в колбе не менее 3 4 а. Падение напряжения внутри экситрона равно в среднем 25 в и почти не зависит от величины тока, проходящего через прибор. Малое падение на­ пряжения при нормальной работе даёт возможность использо­ вать ртутные вентили в выпрямителях с очень большим коэффи-

Рис. 21.17

циентом полезного действия, доходящим в мощных установках до 99 %. Ртутные вентили с успехом применяются при выпрямле­ нии сильных токов при невысоких напряжениях порядка не­ скольких сотен вольт (например, на трамвайных подстанциях) и при выпрямлении переменного тока для зарядки аккумуля­ торов.

575

При напряжении обратного направления, когда ртутный ка­ тод заряжается положительно, а анод — отрицательно, между электродами возникает малый обратный ток величиной в не­ сколько десятков миллиампер. Этот ток образуется ионами, оставшимися в пространстве после прекращения дуги, горевшей на данном аноде, и ионами, которые притягиваются к отрица­ тельно заряженному аноду из плазмы дуги, горящей на сосед­ нем положительно заряженном аноде. Обратный ток получается тем больше, чем больше рабочий ток вентиля и чем выше об­ ратная разность потенциалов. При больших значениях напря­ жения обратного направления с анода под действием сильной ионной бомбардировки начнётся эмиссия электронов и обрат­ ный ток может перейти в «обратное зажигание» дуги с катодным пятном на аноде. Возникновению обратного зажигания способ­ ствует увеличение давления паров ртути в колбе вследствие по­ вышения температуры и загрязнение анодов ртутью и иными материалами, особенно щелочными металлами.

Так как при возникновении на одном из анодов обратной дуги другие аноды заряжены положительно, то устанавливает­ ся дуговой разряд между анодами, ведущий к короткому за­ мыканию вторичной обмотки трансформатора и в силу значи­ тельного увеличения тока ■—■к сильному нагреву и распылению анодов. Всё это заставляет и при изготовлении вентилей и при эксплуатации их принимать все меры для предотвращения об­ ратного зажигания: добиваться чистоты электродов и ртути, применять графит вместо стали для анодов, хорошо охлаждать вентили и пр. Принудительное охлаждение стеклянных ртутных экситронов осуществляется при помощи вентилятора, помещае­ мого так, чтобы в первую очередь охлаждались стенки колбы у катода и у пространства конденсации; температура в анодных рукавах должна быть более высокой для предупреждения кон­ денсации ртути на анодах и обеспечения меньшей плотности паров в пространстве около анодов. Для этой же цели темпе­ ратура самих анодов должна быть в пределах от 450

до 550°С.

Для уменьшения обратного тока в экситронах высокого на­ пряжения, в которых особенно сильна опасность развития обрат­ ного тока в дугу, рукава главных анодов в них делают значи­ тельной длины. Йоны, идущие к аноду, должны будут проходить более длинный путь, на котором испытывают большее число столкновений, заканчивающихся рекомбинацией их в нейтраль­ ные молекулы. Поэтому до анода доходит меньшее число ионов и обратный ток будет меньше.

Некоторые стеклянные экситроны, рассчитанные на сравни­ тельно небольшие выпрямленные токи, не имеют анодов возбуж­ дения. Для непрерывного поддержания дуги в этих экситронах включают параллельно нагрузочному сопротивлению балластное сопротивление, которое обеспечивает горение дуги и при выклю-

576

разработаны металлические запаянные экситроны.

В табл. 21.4 приведены электрические данные некоторых стеклянных (ВН — с дежурными анодами и В — без дежурных анодов) и металлических запаянных (РМ) экситронов отечест­ венного производства1).

В технике сильных токов, например для электрической тяги, применяют разборные металлические экситроны. Необходимый для работы вакуум создаётся в них имеющимися при каждом

1000 а при выпрямленном напряжении 600 -г- 800 в. Выпрями­ тельные установки с разборными металлическими экситронами выпускают на токи до 12 000 а при напряжении 600 Ч- 800 в и на токи до 500 а при напряжении 3 ч- 3,5 кв. Такие мощные установки представляют собой комплект из нескольких (до 12) одноанодных экситронов.

Для выпрямления напряжений выше 10-т- 15 кв применяют металлические экситроны специальной высоковольтной конст­ рукции. Между катодом и анодом у них помещён ряд экрановвставок. Опытные образцы высоковольтных разборных метал­ лических одноанодных экситронов дают выпрямленное напря­ жение 120 кв при максимальном токе 150 а.

Игнитроны

Игнитроном называется ртутный вентиль, в котором приме­ нён вспомогательный электрод специального устройства для за­ жигания вентиля при помощи электрического тока и для регу­ лирования получаемого от вентиля выпрямленного.напряжения. Этот поджигающий электрод изготовляется из карборунда с

примесью кремния или из карбида бора в форме стержня слег­ ка конической формы; он всё время имеет контакт с катодом

Рис. 21.19

Схема включения игнитрона для выпрямления переменного тока невысокого напряжения показана на рис. 21.19. Цепь за­ жигателя питается от анодного напряжения; для того чтобы дуга на зажигателе возникала только в положительные полупериоды анодного напряжения, в цепь зажигателя включается маломощный выпрямительный прибор (например, газотрон). При увеличении на аноде положительного напряжения (кри-

578

вая 1 рис. 21.20) в цепи зажигателя начинает проходить ток (кривая 2). Когда этот ток достигнет значения нескольких ам­ пер, возникает дуга сначала между катодом и зажигателем, затем между катодом и анодом. При зажигании дуги на рабо­ чем аноде потенциал его уменьшается до 15-*-20 в (рабочее напряжение дуги в игнитроне), вследст­ вие чего ток в цепи зажигателя падает до очень малой величины. Дуга и ток в цепи анода будут существовать в про­ должение положительного полупериода (кривая 3) и прекратятся, когда напря­ жение на аноде уменьшится до нуля. В каждый следующий положительный полупериод процесс зажигания дуги будет повторяться. Если в цепь зажигателя вместо газотрона включить какой-либо управляемый прибор с сеткой (напри­

мер, тиратрон), то при помощи его можно будет изменять мо­ мент начала прохождения тока через зажигатель и, следова­ тельно, изменять момент зажигания дуги. При более позднем зажигании дуги в игнитроне уменьшается продолжительность импульсов выпрямленного тока в анодной цепи, вследЦтвие чего уменьшается среднее значение выпрямленного тока и выпрям­ ленного напряжения. Изменяя момент зажигания дуги, мы по­ лучаем возможность регулировать выпрямленное напряжение в пределах от нуля до его полной величины.

Так как игнитрон является одноанодным прибором и вслед­ ствие отсутствия дуги при отрицательном полупериоде свобод­ ных ионов в разрядном пространстве имеется очень небольшое количество, то обратный ток в игнитроне очень мал и опасность обратного зажигания значительно меньше, чем в многоанодных экситронах. Поэтому в игнитронах анод располагается на не­ большом расстоянии от катода, вследствие чего весь прибор имеет меньшие размеры и изготовление его проще, чем изготов­ ление сложных стеклянных конструкций экситронов.

Игнитроны на токи до 100 а при обратном напряжении до 10 -*-12 кв изготовляются стеклянно-металлическими (рис. 21.18). Нижняя часть (катодный стакан) сделана из высокохро­ мистой стали или из меди. Верхняя часть, где закрепляется анод, сделана из стекла. Анод изготовляется из графита и име­ ет форму цилиндра или полусферы. Катодный стакан охлаж­ дается водой, для чего он помещается в специальный бачок, не показанный на рисунке. Благодаря более высокой температуре в анодной камере, плотность ртутных паров в ней будет мень­ ше, чем у катода (при одинаковом давлении), что благоприят­ но сказывается на увеличении допустимого обратного напря­ жения. На большие значения тока (средний ток порядка 300

500 а) игнитроны изготовляются цельнометаллическими. Раз