Крайтроны

Весьма любопытный тип ионных приборов.

Эти газоразрядные приборы подобны тиратронам с холодным катодом (в отечественной классификации они включены в этот раздел), но, в отличии от них используют дуговой, а не тлеющий газовый разряд.

Принцип работы и конструкция у них весьма близки аркатронам; основными различиями между этими двумя приборами являются род и давление наполняющего прибор газа, а также структура и конструктивное исполнение основного узла прибора — катода. Они имеют четыре электрода - обычные анод, катод и сетку, и вспомогательный анод, поддерживающий начальный разряд в приборе.

Тлеющий разряд возникает вначале между катодом и вспомогательным анодом и затем после появления плазмы формируется основной разряд между катодом и положительным анодом, если на сетку подан положительный импульс напряжения.

В качестве газа-наполнителя у крайтронов применяется гелий. Хотя гелий как легкий газ по скорости поглощения занимает первое место среди инертных газов, но у него больше и скорость выделения газа. При этом распыляемость катода при гелии меньше, чем при других газах. Начальное давление гелия, определяемое, с одной стороны, приемлемым уровнем напряжения зажигания и горения разряда, а с другой — приемлемой долговечностью, нормируемой числом пропускаемых прибором импульсов анодного тока до исчезновения зажигания разряда, выбирается в пределах (9...13)х102 Па (7...10 мм рт. ст.).
Скорость поглощения газа, а также интенсивность распыления катода зависят от: 1) рода и начального давления газа; 2) амплитуды и длительности прохождения импульсов анодного тока; 3) частоты импульсов.

Зависимость долговечности от среднего значения тока:

Зависимость долговечности от частоты:

1 - при импульсах тока I = 800 А, tи = 2,5 мкс; при импульсах тока I = 100 А, tи = 5 мкс

Катод у крайтрона представляет собой никелевый цилиндр, покрытый изнутри спеченной в водороде смесью, состоящей из тройного карбоната (45%), порошка никеля (50%) и алунда (5%). Локальное вкрапление алунда приводит к распределению по поверхности катода изоляционных пленок, что способствует возникновению на начальной стадии разряда электростатической эмиссии из катода, облегчающей последующее формирование тлеющего разряда между вспомогательным анодом и катодом.

Напряжение, требующееся для зажигания подготовительного разряда, на стадии электростатической эмиссии не превышает 1000 В. Ток при этом лежит в пределах 50...500 мкА. Затем это напряжение в процессе формирования тлеющего разряда снижается до 300...350 В. Переход тлеющего разряда на сетку требует примерно того же уровня напряжения. Сеточный ток не превышает при этом 1...10 мА.

Время запаздывания импульса тока по отношению к импульсу на управляющей сетке — не более 10 мкс. Нестабильность переднего фронта импульса тока 0,05...0,4 мкс. Падение напряжения в промежутке анод — катод составляет для разных типов крайтронов 20...150 В.

Сетка в крайтроне выполняется обычно с положительной характеристикой, хотя при большей проницаемости она могла бы иметь и отрицательную характеристику.

Положительное анодное напряжение, выдерживаемое прибором при закрытой сетке, достигает 2500...4000 В.

Зависимость долговечности крайтрона от амплитуды импульса тока показывает кривая, приведенная для прибора ТХИ1-1000/2,5.



Эта на первый взгляд, парадоксальная зависимость объясняется тем, что с ростом тока катод и прибор в целом разогреваются в большей степени и потому в большей мере выделяют поглощенный газ.

Надо сказать, что эти приборы вызывают некоторый ажиотаж у коллекционеров старого радио. Дело в том, что самым известным их применением было (и, вероятно, есть) управление детонаторами в ядерном оружии :))) Однако технически, это просто приборы самостоятельного дугового разряда с твердым холодным катодом, работающие на левой ветви кривых Пашена, и применялись они не только в специзделиях.

Крайтроны предназначались для работы в качестве ионных реле (управляемых вентилей) в ряде областей, таких как зажигание авиационных двигателей, зажигание импульсных источников света, накачка твердотельных лазеров, питание магнитострикторов и т. д.

Их преимущества перед приборами дугового разряда с накаливаемым катодом заключаются в больших токах, меньшей мощности, затрачиваемой во вспомогательных цепях, а также более быстрой готовности к действию (0,2...10 мкс).
Преимущества их перед приборами с ртутным катодом заключаются в меньшей зависимости от температуры окружающей среды благодаря заполнению их инертным газом и возможности установки в любом положении по отношению к горизонту.
В некоторых областях применения использовались также их преимущества перед полупроводниковыми приборами, заключающиеся в повышенной термостойкости и повышенной устойчивости к радиоактивным и космическим излучениям.

ТХИ1-1000/2,5

   Основное назначение - работа в качестве ключа в режиме одиночных или кратковременных периодических импульсов.

   Конструктивная особенность этого прибора - для снижения положительного импульса, сообщаемого сетке в момент открытия крайтрона, к нижней части сетки присоединена металлическая нить, облегчающая формирование разряда на сетку и дальнейшую его передачу на анод (такой способ облегчения формирования разряда на сетку проницаемости применяется и в некоторых типах водородных тиратронов).

  Заводской паспорт и данные из отраслевого каталога на него.

   Производитель - Московский электроламповый завод.

1 — анод; 2 — управляющая сетка; 3 — анод подготовительного разряда; 4 — катод; 5 — катодная таблетка; б — газопоглотитель — геттер.

Электрические параметры


(фото с форума Flyback.org.ru)

Напряжение анода - 1000...2500 В
Ток анода (амплитудное значение) - 100...1000 А
Ток анода (среднее значение) - 80 мА
Ток вспомогательного анода - 100...300 мкА
Напряжение вспомогательного анода - 1000...2500 В
Длительность импульсов тока анода - 2...10 мкс
Крутизна фронтов тока анода - не более 10000 А/мкс
Частота повторения импульсов тока анода - не более 65 имп/с
Амплитуда импульсов напряжения сетки - не менее 500 В
Длительность импульсов напряжения сетки - 3...10 мкс
Крутизна фронта импульса напряжения сетки - не менее 500 В/мкс
Амплитуда тока поджигающего импульса - не менее 50 мА
Сопротивление резистора утечки в сеточной цепи - 20...100 кОм
Емкость разделительного конденсатора - не более 0,05 мкФ
Минимальная наработка - 300 000 имп

Источники:

1. Энциклопедия современной техники. Автоматизация производства и промышленная электроника. Справочник. Том 2. Главные редакторы А. И. Берг и В. А. Трапезников. - Государственное научное издательство "Советская энциклопедия", Москва, 1963.
2. Каганов И. Л. Ионные приборы - М., «Энергия», 1972.
3. Кацнельсон Б.В. и др. Электровакуумные электронные и газоразрядные приборы: Справочник / Б.В. Кацнельсон, А.М. Калугин, А.С. Ларионов; Под общ. ред. А.С. Ларионова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985.

домой