Тиратроны с холодным катодом

   Тиратроном называют газоразрядный выпрямитель с одним или несколькими добавочными электродами-сетками. Начало прохождения тока через тиратрон регулируется потенциалами, задаваемыми на эти сетки.

   Тиратроны с холодным катодом (тиратроны тлеющего разряда) являются безнакальными маломощными управляемыми приборами с холодным катодом, предназначенными для работы в схемах электроавтоматики, электронной импульсной аппаратуре, вычислительных машинах, релаксационных генераторах и других устройствах малой мощности.

   Тиратрон — это своеобразное высокочувствительное реле, которое можно включить (зажечь), но нельзя выключить, не снимая напряжения с анода. Особенности конструкции, параметры и характеристики определяют следующие достоинства безнакальных тиратронов: высокую экономичность, простоту конструкции, малые габариты и вес, способность пропускать в импульсном режиме большие токи, относительную стабильность установившихся параметров, долговечность, высокую виброустойчивость, большой рабочий диапазон температур и малые пусковые токи при большом входном сопротивлении.

   К недостаткам можно отнести низкие частотные свойства, которые ограничивают их применение несколькими десятками кГц.

Конструктивные особенности
Особенности тлеющего разряда
Логитроны (тиратроны, выполняющие логические функции)
Система обозначения тиратронов
Образцы тиратронов

   Тиратрон тлеющего разряда представляет собой стеклянный малогабаритный баллон, наполненный одним или смесью инертных газов под низким давлением (20—30 мм рт. ст.), в котором помещены анод, один или два управляющих электрода (сетки) и холодный ненакаливаемый катод. Современные типы тиратронов тлеющего разряда выполняются с чисто металлическими катодами (из молибдена и титана; напряжение горения 100-140 В), что обеспечивает высокую стабильность их работы и большую долговечность, и с активированными катодами, представляющими металлическое основание (керн), покрытое активным слоем щелочных, щелочноземельных металлов (бария, кальция, цезия; напряжение горения 60-80 В) и их окислов. Приборы с активированными катодами обеспечивают меньшие напряжения зажигания и горения разряда, но являются менее стабильными и долговечными.

   Конструкции тиратронов разнообразны. Некоторые из них выполняются в виде системы из никелевых катода и управляющего электрода цилиндрической формы, а также анода в виде остеклованного молибденового стержня с выступающим из стекла свободным концом. У других катод изготовляется из молибденовой проволоки с выступом для фиксации разряда, сетки изготовлены из никеля, имеют форму диска с центральным отверстием; анод выполняется из никелевой проволоки.

   Роль управляющей сетки в тиратроне существенно отличается от ее роли в обычной трехэлектродной лампе. Если в триоде напряжением сетки можно изменять значение анодного тока в каждый момент времени, то в тиратроне напряжением сетки можно управлять только моментом зажигания дуги. С момента зажигания дуги сетка теряет управляющее действие и ток проходит через прибор так, как если бы сетка отсутствовала. Для гашения разряда между анодом и катодом необходимо снизить разность потенциалов до напряжения, меньшего напряжения горения на время, превышающее время деионизации. Это достигается разрывом анодной цепи или подачей отрицательных импульсов на анод или положительных на катод.

   Для устранения статистического запаздывания зажигания из-за влияния действия света, естественной радиоактивности, космического излучения и др. и стабилизации условий зажигания в большинстве тиратронов тлеющего разряда используется постоянный темный разряд (подготовительный) с током 1—100 мкА. Значительно реже для этой цели в баллон тиратронов вводится радиоактивный изотоп.

   Если на анод подается переменное напряжение, то, меняя напряжение на сетке, можно менять продолжительность той части положительного полупериода, в течение которого может проходить ток. В результате меняется среднее значение выпрямленного тока (ключевое слово - ШИМ ;)).

   У тиратронов с холодным катодом наблюдается жестчение газа, заключающееся в распылении материала катода и поглощении наполняющего баллон газа, что оказывает некоторое влияние на уход во времени характеристик и параметров. Интенсивное распыление материала катода происходит при переходе нормального тлеющего разряда в аномальный, в связи с чем повышается плотность тока и падение напряжения на тиратроне. В тиратроне тлеющего разряда переход в режим аномального разряда недопустим, так как резко снижается долговечность и изменяются характеристики и параметры.

   Управление зажиганием в ТХК осуществляется двумя методами: токовым — изменением тока в цепи управляющего электрода и потенциальным — изменением потенциала на управляющем электроде.

   Токовое управление характерно для триодов — тиратронов с одним управляющим электродом (сеткой). На сетку подается определенное напряжение, чем обеспечивается величина тока подготовительного режима, определяющаяся ограничительным сопротивлением в цепи сетки (до десятков мегом). Между сеткой и катодом устанавливается самостоятельный тихий разряд, после чего возможно управлять моментом зажигания тиратрона, подавая на анод соответствующее напряжение. Достоинство прибора с токовым управлением в том, что зажигание осуществляется импульсами, меньшими по амплитуде (5—10 В) и более короткими по длительности, чем при электростатическом управлении (40—100 В), но управление при этом только импульсное (за исключением схем, где используется изменение сопротивления в цепи подготовительного разряда, например, включение в цепь термосопротивления, фотоэлемента и др.).

   Потенциальное управление характерно для тетродов — тиратронов с двумя управляющими электродами (сетками). В двухсеточных тиратронах первая сетка обеспечивает подготовительный разряд, облегчающий и стабилизирующий процесс зажигания разряда в анодной цепи. Через нее непрерывно протекает ток, ограниченный последовательно включенным сопротивлением. Вторая сетка служит для управления напряжением зажигания при определенном неизменном напряжении на аноде. На нее подается положительное напряжение смещения, относительно катода меньшее, чем напряжение на первой сетке, но недостаточное для отпирания тиратрона. Для отпирания тиратрона на вторую сетку через разделительный конденсатор подается пусковой положительный импульс достаточной амплитуды и длительности. Управление также может осуществляться и медленно изменяющимся напряжением (гальваническая связь). При соединенных вместе обеих сетках в тиратронах с электростатическим управлением можно осуществлять токовое управление.

   По сравнению с односеточными тиратронами у двухсеточных режим управления и характеристика зажигания более стабильны.

   Логитронами называют многоэлектродные тиратроны, выполняющие логические функции. Отличаются логитроны от тетродов тлеющего разряда с электростатической системой управления главным образом более развитой сеточной системой, конкретное выполнение которой зависит от логической операции, выполняемой логитроном:
И (ТХ8Г)
ИЛИ (ТХ9Г)
НЕ (ЗАПРЕТ) (ТХ7Г)
ЗАДЕРЖКА
ПАМЯТЬ (ТХ6Г)

   При соединении различными способами приборов в схемах можно получить функциональные узлы, выполняющие более сложные операции («отрицание равнозначности», операции Шеффера и т. д.).

   Особенность логитронов — сочетание логических функций с общими свойствами тиратронов тлеющего разряда (отсутствие накала, усиление по току и напряжению, световая индикация со стороны купола баллона, большая долговечность — более 5000 час. — и высокая надежность). Это позволяет использовать их в схемах триггеров, в регистрах, в кольцевых схемах, в матричных дешифраторах, световых табло, как элементы памяти, в системах управления и др. Применение логитронов позволяет создавать элементарные схемы дискретного действия на одном приборе, так как взаимодействие входных импульсов осуществляется не схемным способом, а с помощью рабочего процесса, происходящего в самом приборе.

   Возможность использования логитронов в тех или иных режимах определяется предельными значениями анодного напряжения, сеточных напряжений и анодного тока. Характерный параметр для логитронов (как и для всех тиратронов тлеющего разряда) — ток подготовительного разряда (не менее 50 мкА), без чего прибор не работает устойчиво. Этот ток создает заметное падение напряжения на высокоомных катодных сопротивлениях. В результате этого характеристика зажигания будет сдвигаться, если отсчет амплитуды управляющего сигнала вести от уровня земли. Время запаздывания зажигания подготовительного разряда не превышает одной секунды. Другими электрическими параметрами, которые определяют возможность выполнения требуемых операций, являются: время восстановления управляющего действия электродов (до 200 мкс) и величина отпирающего напряжения электродов.

   Логитроны имеют единую типовую конструкцию и различаются в основном лишь конфигурацией сеток, их числом и межэлектродными расстояниями. Они выпускаются в миниатюрном стеклянном оформлении с гибкими выводами, позволяющими их впаивать в схему. Катод, изготовляемый из молибденовой пластины или проволоки, отличается весьма высокой стабильностью катодного падения. Электроды представляют собой диафрагмы с отверстиями различных конфигураций, анод выполняется в виде траверзы. Все электроды, кроме катода, изготовляются из никеля или нержавеющей стали и крепятся обычно с помощью слюдяных держателей. Наполнение логитронов — инертные газы и их смеси при давлении в несколько десятков мм рт.ст.

   Обозначение маломощных тиратронов тлеющего разряда состоит из трех элементов:
Первый элемент — буквы ТХ — тиратрон с холодным катодом; ТХИ - импульсный.
Второй элемент — цифра, присвоенная данному типу тиратрона (номер разработки).
Третий элемент — буква в конце обозначения, определяющая конструкцию баллона: Б — сверхминиатюрное стеклянное оформление с диаметром баллона до 10 мм; Г — то же, с диаметром баллона свыше 10 мм; С - стеклянный баллон диаметром более 22,5 мм; без буквы - металлический баллон.

ТХ-1
ТХ2
ТХ6Г
ТХ8Г
ТХ11Г
ТХ12Г
ТХ16Б
ТХ-17А
ТХ19А-Ж
ТХИ1Г

домой