Тиратрон — это тип газонаполненной трубки, используемой в качестве мощного электрического переключателя и управляемого выпрямителя . Тиратроны могут выдерживать гораздо большие токи, чем аналогичные вакуумные трубки. Умножение электронов происходит, когда газ ионизируется, создавая 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 . [1] В отличие от вакуумной трубки (клапана), тиратрон не может использоваться для линейного усиления сигналов.
В 1920-х годах тиратроны были получены из ранних вакуумных трубок, таких как UV-200, которая содержала небольшое количество аргона для повышения чувствительности в качестве детектора радиосигнала , и немецкой релейной трубки LRS, которая также содержала аргон. Газовые выпрямители , которые предшествовали вакуумным трубкам, такие как заполненная аргоном лампа « Tungar bulb » компании General Electric и ртутный выпрямитель Купера-Хьюитта , также оказали влияние. Ирвинг Ленгмюр и GS Meikle из GE обычно упоминаются как первые исследователи, изучавшие контролируемое выпрямление в газовых трубках, около 1914 года. Первые коммерческие тиратроны появились около 1928 года.
Термин «тиратрон» происходит от древнегреческого «θύρα» («thyra»), что означает «дверь» или «клапан». Термин « тиристор » в дальнейшем произошел от сочетания «тиратрон» и « транзистор ». [2] С 1960-х годов тиристоры заменили тиратроны в большинстве мало- и среднемощных устройств.
Тиратроны напоминают электронные лампы как по внешнему виду, так и по конструкции, но отличаются поведением и принципом работы. В электронной лампе проводимость определяется свободными электронами, поскольку 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 сопоставимо со средней длиной свободного пробега электронов. Это приводит к тому, что проводимость в тиратроне определяется проводимостью плазмы . Благодаря высокой проводимости плазмы тиратрон способен коммутировать более высокие токи, чем электронные лампы, которые ограничены пространственным зарядом . Электронная лампа имеет то преимущество, что проводимость может быть модулирована в любое время, тогда как тиратрон заполняется плазмой и продолжает проводить, пока между анодом и катодом существует напряжение . Псевдоискровой переключатель работает в аналогичном режиме кривой Пашена, что и тиратрон, и иногда его называют тиратроном с холодным катодом .
Тиратрон состоит из горячего катода , анода и одной или нескольких управляющих сеток между анодом и катодом в герметичной стеклянной или керамической оболочке, заполненной газом. Газом обычно является водород или дейтерий при давлении от 300 до 500 м Торр (от 40 до 70 Па ). Коммерческие тиратроны также содержат резервуар из гидрида титана и нагреватель резервуара, которые вместе поддерживают давление газа в течение длительного времени независимо от потери 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 относительно катода. Достаточно высокий ток, ограниченный пространственным зарядом, инициирует разряд Таунсенда между анодом и катодом. Образующаяся плазма обеспечивает высокую проводимость между анодом и катодом и не ограничивается пространственным зарядом. Проводимость остается высокой до тех пор, пока ток между анодом и катодом не упадет до небольшого значения в течение достаточно длительного времени, чтобы газ перестал ионизироваться . Этот процесс восстановления занимает от 25 до 75 мкс и ограничивает частоту повторения тиратрона до нескольких кГц . [ 3]
Маломощные тиратроны ( релейные и триггерные трубки ) изготавливались для управления лампами накаливания, электромеханическими реле или соленоидами, для двунаправленных счетчиков, для выполнения различных функций в калькуляторах Dekatron , для пороговых детекторов напряжения в RC -таймерах и т. д. Тлеющие тиратроны были оптимизированы для высокой светоотдачи газоразрядных ламп или даже фосфоресцировали и использовались в качестве самоиндикаторных сдвиговых регистров в крупноформатных матричных дисплеях с бегущей строкой .
Другое применение тиратрона было в релаксационных генераторах . [4] Поскольку напряжение включения пластины намного выше напряжения выключения, трубка проявляет гистерезис и с конденсатором параллельно ей может функционировать как пилообразный генератор. Напряжение на сетке управляет напряжением пробоя и, таким образом, периодом колебаний. Тиратронные релаксационные генераторы использовались в силовых инверторах и схемах развертки осциллографа .
Один миниатюрный тиратрон, триод 6Д4, нашел дополнительное применение в качестве мощного источника шума , когда работал как диод (сетка, связанная с катодом) в поперечном магнитном поле. [5] Достаточно отфильтрованный для «равномерности» (« белый шум ») в интересующей полосе, такой шум использовался для тестирования радиоприемников, сервосистем и иногда в аналоговых вычислениях в качестве источника случайных значений .
Миниатюрный тиратрон RK61/2, выпущенный на рынок в 1938 году, был специально разработан для работы в качестве вакуумного триода ниже напряжения зажигания, что позволяло ему усиливать аналоговые сигналы в качестве самогасящегося сверхрегенеративного детектора в приемниках радиоуправления [6] и стало основным техническим достижением, которое привело к развитию радиоуправляемого оружия во время войны и параллельному развитию радиоуправляемого моделирования как хобби. [7]
В некоторых ранних телевизорах, особенно в британских моделях, для генераторов вертикальной (кадровой) и горизонтальной (строчной) развертки использовались тиратроны. [8]
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» до примерно удвоенной «базовой скорости», режим «постоянной мощности»). Примерами служат токарный станок Monarch Machine Tool 10EE, в котором тиратроны использовались с 1949 года, пока в 1984 году их не заменили твердотельные устройства. [9]
Мощные тиратроны все еще производятся и способны работать при напряжении до десятков килоампер (кА) и десятков киловольт (кВ). Современные приложения включают импульсные драйверы для импульсного радиолокационного оборудования, высокоэнергетические газовые лазеры , устройства для лучевой терапии , ускорители частиц и в катушках Теслы и подобных устройствах. Тиратроны также используются в мощных телевизионных передатчиках УВЧ для защиты индуктивных выходных трубок от внутренних коротких замыканий путем заземления входящего высоковольтного питания в течение времени, необходимого для размыкания выключателя и реактивных компонентов для слива накопленных зарядов. Это обычно называется цепью ломика .
Тиратроны были заменены в большинстве мало- и среднемощных приложений соответствующими полупроводниковыми приборами, известными как тиристоры (иногда называемые кремниевыми управляемыми выпрямителями или SCR) и симисторами . Однако коммутационные службы, требующие напряжений выше 20 кВ и включающие очень короткие времена нарастания, остаются в сфере применения тиратрона.
Вариантами тиратронной идеи являются крайтрон , спритрон , игнитрон и управляемый искровой разрядник , которые до сих пор используются в специальных приложениях, таких как ядерное оружие (крайтрон) и передача электроэнергии переменного/постоянного тока в переменный (игнитрон).
885 — это небольшая тиратронная трубка, использующая аргоновый газ. Это устройство широко использовалось в схемах временной развертки ранних осциллографов в 1930-х годах. Оно использовалось в схеме, называемой релаксационным генератором . Во время Второй мировой войны небольшие тиратроны, похожие на 885, использовались парами для построения бистабильных транзисторов , ячеек «памяти», используемых в ранних компьютерах и машинах для взлома кодов . Тиратроны также использовались для управления фазовым углом источников питания переменного тока (AC) в зарядных устройствах для аккумуляторов и диммерах , но они обычно имели большую токовую емкость, чем 885. 885 — это 2,5-вольтовый 5-контактный вариант 884/6Q5.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )