Тиратрон - Thyratron
Тиратрона представляет собой тип газонаполненной трубки , используемой в качестве мощного электрического переключателя и управляемого выпрямителя . Тиратроны могут работать с гораздо большими токами, чем аналогичные лампы с жестким вакуумом. Умножение электронов происходит, когда газ ионизируется, вызывая явление, известное как разряд Таунсенда . Используемые газы включают пары ртути , ксенон , неон и (в специальных высоковольтных приложениях или приложениях, требующих очень короткого времени переключения) водород . В отличие от вакуумной лампы (клапана), тиратрон не может использоваться для линейного усиления сигналов.
В 1920 - х годах, тиратроны были получены из ранних вакуумных трубок , такие как УФ-200, который содержал небольшое количество газообразного аргона , чтобы увеличить чувствительность как радио детектора сигнала и реле трубка Немецкого LRS, который также содержит аргон газа. Газовые выпрямители , которые предшествовали электронным лампам, такие как заполненный аргоном General Electric « Тунгарская лампочка » и выпрямитель с ртутным резервуаром Cooper-Hewitt , также оказали влияние. Ирвинг Ленгмюр и Г.С. Мейкл из GE обычно упоминаются как первые исследователи, изучавшие контролируемое выпрямление в газовых трубках примерно в 1914 году. Первые коммерческие тиратроны появились примерно в 1928 году.
Термин « тиристор » произошел от комбинации «тиратрон» и « транзистор ». С 1960-х годов тиристоры заменили тиратроны в большинстве приложений малой и средней мощности.
Описание
Тиратроны похожи на электронные лампы как по внешнему виду, так и по конструкции, но отличаются по поведению и принципу действия. В вакуумной трубке в проводимости преобладают свободные электроны, потому что расстояние между анодом и катодом мало по сравнению со средней длиной свободного пробега электронов. С другой стороны, тиратрон намеренно заполнен газом, так что расстояние между анодом и катодом сравнимо с длиной свободного пробега электронов. Это приводит к тому, что проводимость в тиратроне преобладает над проводимостью плазмы . Из-за высокой проводимости плазмы тиратрон способен переключать более высокие токи, чем вакуумные лампы, которые ограничены пространственным зарядом . Преимущество вакуумной трубки в том, что проводимость можно модулировать в любое время, тогда как тиратрон заполняется плазмой и продолжает проводить, пока существует напряжение между анодом и катодом. Переключатель псевдоискровой работает аналогично режиму кривой Пашенно как тиратрон и иногда называют холодным катодом тиратроном.
Тиратрон состоит из горячего катода , анода и одной или нескольких управляющих сеток между анодом и катодом в герметичной стеклянной или керамической оболочке, заполненной газом. Газ обычно представляет собой водород или дейтерий при давлении от 300 до 500 м Торр (от 40 до 70 Па ). Коммерческие тиратроны также содержат резервуар с гидридом титана и нагреватель резервуара, которые вместе поддерживают давление газа в течение длительных периодов времени независимо от потерь газа.
Проводимость тиратрона остается низкой до тех пор, пока управляющая сетка отрицательна относительно катода, поскольку сетка отталкивает электроны, испускаемые катодом. Электронный ток, ограниченный пространственным зарядом, течет от катода через управляющую сетку к аноду, если сетка сделана положительной по отношению к катоду. Достаточно высокий ток, ограниченный пространственным зарядом, вызывает таунсендовский разряд между анодом и катодом. Образовавшаяся плазма обеспечивает высокую проводимость между анодом и катодом и не ограничивается объемным зарядом. Электропроводность остается высокой до тех пор, пока ток между анодом и катодом не упадет до небольшого значения в течение достаточно долгого времени, чтобы газ перестал ионизироваться . Этот процесс восстановления занимает от 25 до 75 мкс и ограничивает частоту повторения тиратрона несколькими кГц .
Приложения
Тиратроны малой мощности ( реле трубки и триггерные трубки были изготовлены) для управления лампой накаливания, электромеханическое реле или соленоидов, для двунаправленных счетчиков, чтобы выполнять различные функции в декатроне вычислителях, для пороговых детекторов напряжения в RC таймерах и т.д. Glow тиратроны были оптимизированы для высокая светоотдача газового разряда или даже фосфорирование и использование в качестве самодиагностики сдвиговых регистров в широкоформатных дисплеях с точечной матрицей с бегущим текстом .
Еще одно применение тиратрона было в релаксационных генераторах . Поскольку напряжение включения пластины намного выше, чем напряжение выключения, трубка демонстрирует гистерезис, и с конденсатором на ней она может работать как пилообразный генератор. Напряжение на сетке контролирует напряжение пробоя и, следовательно, период колебаний. Генераторы тиратронной релаксации использовались в силовых инверторах и схемах развертки осциллографов .
Один миниатюрный тиратрон, триод 6D4, нашел дополнительное применение в качестве мощного источника шума при работе в качестве диода (сетка, привязанная к катоду) в поперечном магнитном поле. Такой шум, достаточно отфильтрованный на предмет «равномерности» (« белого шума ») в интересующей полосе, использовался для тестирования радиоприемников, сервосистем и иногда в аналоговых вычислениях в качестве источника случайных значений .
Миниатюрный тиратрон RK61 / 2, поступивший на рынок в 1938 году, был разработан специально для работы в качестве вакуумного триода ниже его напряжения зажигания, что позволяло ему усиливать аналоговые сигналы в качестве самозатухающего сверхрегенеративного детектора в приемниках радиоуправления , и был основным техническим достижением, которое привело к созданию разработка радиоуправляемого оружия во время войны и параллельное развитие радиоуправляемого моделирования в качестве хобби.
Некоторые ранние телевизоры, особенно британские модели, использовали тиратроны для вертикальных (кадровых) и горизонтальных (строчных) генераторов.
Тиратроны средней мощности нашли применение в контроллерах двигателей станков, где тиратроны, работающие как фазоуправляемые выпрямители, используются в регуляторе якоря инструмента (от нуля до «базовой скорости», режим «постоянного крутящего момента») и в регуляторе поля инструмента ( «базовая скорость» примерно в два раза «базовая скорость», режим «постоянная мощность»). Примеры включают токарный станок Monarch Machine Tool 10EE, который использовал тиратроны с 1949 года до тех пор, пока их не заменили твердотельные устройства в 1984 году.
До сих пор производятся тиратроны большой мощности, которые могут работать до десятков килоампер (кА) и десятков киловольт (кВ). Современные приложения включают в себя импульсные драйверы для импульсного радиолокационного оборудования, высокой энергии газовых лазеров , радиотерапии устройств, ускорителей частиц и в катушках Тесла и аналогичных устройств. Тиратроны также используются в мощных телевизионных передатчиках УВЧ для защиты индуктивных выходных ламп от внутренних коротких замыканий путем заземления входящего источника высокого напряжения в течение времени, которое требуется выключателю для размыкания цепи, а реактивные компоненты - для истощения накопленных зарядов. Это обычно называется схемой с ломом .
В большинстве приложений малой и средней мощности тиратроны были заменены соответствующими полупроводниковыми устройствами, известными как тиристоры (иногда называемые кремниевыми выпрямителями или SCR) и симисторами . Однако режим переключения, требующий напряжения выше 20 кВ и требующий очень короткого времени нарастания, остается в пределах компетенции тиратрона.
Вариантами идеи тиратрона являются критрон , спритрон , игнитрон и искровый разрядник с триггером , которые до сих пор используются в специальных приложениях, таких как ядерное оружие (критрон) и передача энергии переменного / постоянного-переменного тока (игнитрон).
Пример маленького тиратрона
885 представляет собой небольшой тиратрон трубка, с использованием аргона газа. Это устройство широко использовалось в схемах временной развертки ранних осциллографов в 1930-х годах. Он был использован в схеме, называемой релаксационным генератором . Во время Второй мировой войны маленькие тиратроны, подобные 885-му, использовались парами для создания бистаблей , ячеек «памяти», используемых ранними компьютерами и машинами для взлома кода . Тиратронам были также использованы для фазового угла контроля переменного тока (АС) источников энергии в зарядных устройств и СВЕТОРЕГУЛЯТОРЫ , но они, как правило , более крупной текущей пропускной способностью , чем 885. 885 является 2,5 вольт, 5-контактный на основе вариант модель 884 / 6Q5.
Примечания
использованная литература
- Стоукс, Джон, 70 лет радиоламп и клапанов, Вестал Пресс, Нью-Йорк, 1982, стр. 111–115.
- Троуэр, Кейт, История британской Radio Valve до 1940 года, MMA International, 1982, стр. 30, 31, 81.
- Халл, AW, "Газонаполненные термоэмиссионные клапаны", Trans. AIEE, 47, 1928, стр. 753–763.
- Данные для типа 6D4, "Sylvania Engineering Data Service", 1957 г.
- Дж. Д. Кобайн, Дж. Р. Карри, «Генераторы электрического шума», Труды IRE, 1947, стр. 875
- Справочник лаборатории радио и электроники, MG Scroggie 1971, ISBN 0-592-05950-2