7.7.6. Тиратроны дугового разряда.

Тиратрон дугового разряда представляет собой трех- или че-тырехэлектродный газоразрядный прибор с термокатодом, работающий в режиме несамостоятельного дугового разряда.

а б в

Рис. 13.6. Схема устройства и условное изображение тиратрона с термокатодом.

Принципиальное устройство трехэлектродного тиратрона с, термокатодом показано на рис. 13.6,а. Оксидный катод прямого или косвенного накала помещают в тепловой экран (ТЭ). Сетка тиратрона С представляет собой никелевый стакан с одним или несколькими отверстиями в дне (рис. 13,6,б). Стакан и тепловой экран охватывают весь катод так, чтобы движение электронов и ионов между катодом и анодом могло осуществляться через отверстия сетки. С помощью сетки тиратрона можно осуществлять управление моментом зажигания. Условное изображение тиратрона с термокатодом показано на рис. 13.6,в.

Процесс зажигания тиратрона в рабочей схеме происходит следующим образом. При погашенном тиратроне к его аноду через ограничительный резистор R_огр подводится напряжение Е_n=U_а>U_а.дуг. Большое отрицательное напряжение на сетке нейтрализует поле анода и создает возле катода потенциальный барьер (в виде минимума потенциала), непреодолимый для эмитируемых электронов, поэтому I_а=0 (тиратрон погашен). При уменьшении отрицательного напряжения на сетке тиратрон, как триод, открывается и в его анодной цепи появляется ток. На рис. 14.6,а сплошной линией показана анодно-сеточная характеристика тиратрона и эквивалентного ему вакуумного триода (штрихпунктирная линия). Ток анода тиратрона оказывается больше тока эквивалентного вакуумного триода из-за возникшей уже на этой стадии ударной ионизации молекул газа или паров ртути.

а б в

Рис.14.6. Анодно - сеточные характеристики тиратрона с термокатодом (а), экранирование сетки ионной оболочкой (б), пусковая характеристика тиратрона (ТГ-0,1/0,3) (в).

При определенном значении напряжения на сетке U_c.з (напряжение зажигания) происходит лавинообразный процесс нарастания анодного тока. При этом положительные ионы, возникающие между сеткой и анодом вследствие ударной ионизации, устремляются к катоду, где эффективно компенсируют отрицательный заряд облака электронов. Поэтому минимум потенциала возле катода уменьшается, а это вызывает увеличение анодного тока, что неизбежно сопровождается усилением интенсивности ударной ионизации молекул на участке сетка—анод и т. д. Одновременно с этим сетка притягивает к себе положительные ионы, которые своим общим зарядом компенсируют ее отрицательный потенциал.

После завершения лавинного процесса тиратрон зажигается и в нем устанавливается несамостоятельный дуговой разряд. При этом значение анодного тока тиратрона будет равно I_а=(E_и-U_а.дуг)/R_огр

Дальнейшее изменение напряжения на сетке не может привести к изменениям анодного тока, так как любой ее потенциал будет компенсироваться (экранироваться) оболочкой с повышенной (при U_c<0) или с пониженной (при U_c>0) концентрацией положительных ионов (сетка при газовом разряде располагается в области токопроводящей газоразрядной плазмы рис. 14,6,б).

Положительные ионы или электроны, притягиваемые к сетке (в зависимости от знака напряжения U_c), создают значительный сеточный ток, который обычно ограничивают с помощью ограничительного резистора R_огр.

Для гашения тиратрона необходимо сделать U_а<U_а,_дуг или разорвать на время деионизации газа анодную цепь. Если в исходном состоянии на анод подавать напряжение E_и= , то тиратрон зажжется при большем отрицательном напряжении на сетке |U_с.з|>U_a и при зажигании в нем установится ток I_а.= (E_и-U_a._дуг)/R_orp (см. рис. 14.6,а).

На рис. 14.6,в показана пусковая характеристика тиратрона U_а.з = (U_c). Для снятия этой характеристики при U_а=0 (тиратрон погашен) фиксируют напряжение на сетке U_с=const, затем изменяют напряжение U_R от нуля до значения U_аз, при котором происходит зажигание тиратрона. Опыты повторяют для последовательного ряда отрицательных напряжений U_C, начиная с нуля. В силу указанных выше причин характеристика расширяется в пусковую область.

В тиратроне кроме обратного максимально допустимого (предельного) напряжения следует учитывать еще и прямое максимально допустимое напряжение. При запертом тиратроне большое анодное напряжение может вызвать тлеющий разряд (или дуговой разряд при малых ограничительных сопротивлениях) между анодом и сеткой.

Для увеличения предельных прямых и обратных напряжений в тиратрон вводят экранирующие сетки. Экранирующая сетка в некоторых тиратронах соединена с тепловым экраном и катодом, при этом U_с2=0.

Тиратроны с экранирующей сеткой с отдельным выводом приобретают новое управляющее свойство: небольшим потенциалом на экранирующих сетках можно изменять положения пусковых характеристик.

Тиратроны с термокатодом применяются в управляемых схемах выпрямителей, в схемах пусковых реле, в импульсных схемах, например в генераторах пилообразного напряжения. Специальные импульсные водородные тиратроны применяются в модуляторах радиолокационных станций.

Ионы водорода в сравнении с ионами других наполнителей оказывают меньшее разрушающее действие на оксидный катод, поэтому напряжение дугового разряда в водородном тиратроне может быть доведено до 600 В. Кроме того, время деионизации водорода на порядок меньше, чем у других газов и паров, поэтому такие тиратроны могут работать с частотой радиолокационных импульсов.

В качестве примера маломощного тиратрона, предназначенного для работы в управляемых выпрямителях и релейных схемах, можно назвать тиратрон ТП-0,1/0,3: катод оксидный, подогревной; баллон наполнен аргоном; наибольшее значение выпрямленного тока 0,1А; прямое и обратное допустимое напряжение 0,3 кВ.