для чего нужен тиратрон
Тиратрон
Тиратро́н — ионный газоразрядный многоэлектродный коммутатор тока, в котором между анодом и катодом могут располагаться одна (триод), две (тетрод) или более (пентод, гексод) сетки (управляющих электродов). Для того, чтобы зажечь разряд между анодом и катодом, на сетку подаётся электрический сигнал. В отличие от вакуумных триодов, при снятии управляющего сигнала ток между анодом и катодом продолжается до тех пор, пока напряжение на аноде не уменьшится ниже напряжения поддержания разряда. В современной электронике, маломощные тиратроны практически полностью вытеснены полупроводниковыми приборами. Современные мощные тиратроны применяются при коммутации импульсов тока до 10 кА и напряжения до 50 кВ.
Содержание
Разновидности тиратронов
Тиратроны тлеющего разряда (ТТР)
Рабочий газ — смесь инертных газов (см. также стабилитрон тлеющего разряда). Основное применение тиратронов тлеющего разряда — логические схемы, устройства автоматики, счётно-решающие устройства и приборы индикации — от одиночных контрольных ламп до матричных аналого-цифровых панелей с динамическим управлением. Особые комбинации управляющих электродов и газоразрядных трубок позволяют реализовать на тиратроне логические функции И, ИЛИ, ЗАПРЕТ, задержку прохождения импульса. Независимо от конструктивного исполнения, любой тиратрон может работать ячейкой памяти, индикатором, усилителем тока (ключом) и нормализатором сигналов.
Тиратроны различаются способом подачи управляющего сигнала (способом поджига)
В ряде отечественных телевизоров в качестве задающего генератора кадровой развёртки применён тиратрон тлеющего разряда типа ТХ4Б. К сожалению, схема включения этого тиратрона выполнена неудачно, что при незначительном его износе вызывает срыв синхронизации. В радиолюбительской литературе приведены описания изменения схемы включения тиратрона в задающем генераторе кадров таких телевизоров, что позволяет «выжать» из него значительно больший ресурс. А после окончательного износа такого тиратрона, когда он более не способен работать в телевизоре, его можно ещё долго использовать вместо обычной неоновой лампы.
Индикаторные тиратроны
Индикаторные тиратроны — особый класс тиратронов тлеющего разряда, предназначенных, как и следует из их названия, не столько для коммутации электрических цепей, сколько для индикации. В отличие от простых неоновых ламп, они способны управляться пониженными напряжениями, а также запоминать своё состояние, разгружая управляющую ими вычислительную систему для выполнения других задач. Некоторые индикаторные тиратроны являются люминофорными, и позволяют получать цвета, отличные от свойственного неону оранжево-красного.
Хотя ничто не мешает применять для индикации практически любой подходящий по параметрам тиратрон тлеющего разряда, выполненный в прозрачном баллоне, использование в этом качестве именно специальных, индикаторных тиратронов позволяет получить значительно лучшие эргономические и эстетические показатели.
Отечественные индикаторные тиратроны представлены моделями: МТХ-90 — трёхэлектродный (данный тиратрон до сих пор используется в устройствах железнодорожной автоматики в блоках выдержки времени БВМШ и БСВШ, в качестве активного элемента релаксационного генератора в устройствах автоматического периодического срабатывания стробоскопов на импульсной лампе, в генераторах высокого напряжения некоторых ионизаторов воздуха, в качестве источника света и одновременно активного элемента релаксационного генератора в приборах для фототерапии, в сенсорных устройствах, где он открывается при воздействии на сетку наводок от прикосновения пальца к сенсору, подключённому к сетке через сопротивления в 1 МОм (наличие этого сопротивления обязательно!) и др.), ТХ5Б — четырёхэлектродный, ТХ16Б — пятиэлектродный, ТХ17Б — пятиэлектродный люминофорный зелёный, ТХ18А — трёхэлектродный, ТХ19А — шестиэлектродный люминофорный, существует в вариантах ТХ19АЖ — жёлтый, ТХ19АЗ — зелёный, ТХ19АК — красный, ТХИ2С — четырёхэлектродный, ИТС1 — семисегментный люминофорный (зелёный) газоразрядный индикатор с функцией запоминания состояния каждого сегмента по принципу тиратрона.
Тиратроны с накалённым катодом
Рабочий газ — неон, ксенон, криптон-ксеноновая смесь, аргоново-ртутная смесь или пары ртути. Применялись в управляемых выпрямителях (см. также игнитрон), а также как силовые коммутационные ключи.
Что такое тиратрон? Обзор электроприбора.
Тиратрон – разновидность электровакуумного (газоразрядного) прибора, действующего благодаря подаче разноуровневого напряжения по электродам для переключения подачи тока.
Само устройство состоит из герметичного баллона, в который закачан газ, а также вмонтировано не менее трёх электродов. Баллон может быть наполнен:
Каждый встроенный электрод имеет своё название, исходя из назначения:
Сетка монтируется посередине между анодом и катодом и применяется как зажигатель газового разряда в анодно-катодной области. Эта область отвечает за фиксацию ионизированных газов, необходимых для передачи электротока.
В ситуациях, когда требуется не только включать и выключать ток, конструкция дополняется ещё одной или даже большим количеством сеток. Любой тиратрон имеет второе название в зависимости от того, сколько сеток вмонтировано в него:
Второе название формируется исходя из общего количества электродов в устройстве. Наиболее простой вариант тиратрона – триод – функционирует следующим образом: эффект зажигания происходит, когда сетка получает положительное (относительно катода) напряжение определённого уровня. При условии, что в тот же момент анод обладает аналогично положительным (относительно катода) напряжением, происходит ионизация находящегося внутри газа, что делает возможным проведение тока.
Если сравнивать с вакуумными триодами, то можно отметить следующее: если снять, подаваемое на сетку управляющее напряжение, то разрыв в анодно-катодном пространстве не происходит до тех пор, пока уровень напряжения на анодном электроде не снизится до такой степени, что поддержание разряда станет невозможны. Для этого он должен стать «минусовым».
Существует ещё один вариант разделения тиратронов в зависимости от назначения:
Современная электроника мало заинтересована в использовании маломощных тиратронов, поскольку их вполне заменяют полупроводниковые устройства. А вот тиратроны, относящиеся к разряду мощных, используются, чтобы управлять токовыми импульсами с силой до 10 000 Ампер при напряжении в 50 000 Вольт.
Классификация тиратронов
ТТР – тиратрон тлеющего разряда
Данная разновидность тиратронов характеризуется тем, что ионизация газа внутри баллона осуществляется при помощи тлеющего разряда. Как наполнитель здесь используются именно инертные газы (это же относится и к стабилитронам тлеющего разряда). Анод представляет собой металлический цилиндр, в котором расположена тонкая проволочная петелька – катод, на который нанесено специальное покрытие, делающее зажигание более простым. Кроме того, поверх катода расположен меньший, чем анод цилиндр из металла, который выполняет роль сетки.
Рис.1: Конструкция тиратрона МТХ-90
В подобных тиратронах катод не нагревается, поскольку в этом нет необходимости, отсюда другое их обозначение – тиратроны с холодным катодом. ТТР входят в группу маломощных тиратронов, наиболее часто используются как индикаторы (в равной степени успешно действуя как одиночный элемент и как составляющая матричной аналогово-цифровой панели)или инструменты реализации логических функций. При особом сочетании электродов управления и газоразрядных трубок даёт возможность добиться при помощи тиратрона целого ряда логических функций, в том числе «И», «ИЛИ», «ЗАПРЕТ», «ЗАДЕРЖКА». В независимости от того, как именно сконструирован прибор для любого тиратрона является выполнимой задачей выполнять функции запоминающей ячейки, индикатора, ключа (регулирующего силу тока) и нормализатора сигналов.
Существуют некоторые различия в том, как в тиратронах подаётся управляющий сигнал:
Если вспомнить серию отечественных телевизоров ЛТ-47-III, то в них также были использованы ТТР как задающие генераторы кадровой развёрстки. Однако, эта разработка была не очень удачной и кадровая синхронизация не отличалась надёжностью. В результате тиратроны были заменены на электронные лампы.
Индикаторный тиратрон
Индикаторные тиратроны интересны тем, что относятся к категории устройств в большей степени пригодных не для управления электрическими цепями, а для выполнения индикационной функции. Для тех же целей предназначены и неоновые лампы, однако, в противовес им индикаторные тиратроны пригодны для взаимодействия с пониженным уровнем напряжения. Кроме того, они могут фиксировать своё состояние, чтобы разгрузить систему управления, с которой они взаимодействуют, и дать ей возможность выполнять другие задачи. В эту группу также входят люминофорные модели, которые характеризуются достаточно большим разнообразием цветового спектра.
Конечно, для выполнения индикационных функций пригодны почти любые ТТР с необходимыми характеристиками и баллоном из прозрачного материала, но более энергетически и эстетически выгодно воспользоваться моделями тиратронов, которые специально предназначены для этих целей.
К числу отечественных индикаторных тиратронов относятся следующие модели:
Тиратрон данной модели применяется как комплектующая приборов ж/д автоматики, а именно как элемент блоков выдержки времени:штепсельного малогабаритного и стабилитронного штепсельного. Также может использоваться как составляющая релаксационных генераторов;как элемент генераторов высокого напряжения, обеспечивающих работу ионизаторов воздуха; как источник освещения и активно действующий элемент в релаксационных генераторах фототерапевтических устройств; как комплектующая сенсорных приборов.
Тиратрон с накалённым катодом
Другое название – тиратрон дугового разряда (ТДР). По сравнению с ТТР, у которых конструкция требует наличия холодного катода, тиратроны данного вида демонстрируют противоположную картину и функционируют с применением катода, находящегося на электрообогреве. В качестве рабочей среды в ТДР используются неоновые, ксеноновые, криптон-ксеноновые наполнители, аргоново-ртутные смеси, а также ртутные пары. Возникновение дугового разряда в тиратронах с накалённым катодом возможно только в условиях пониженного давления при содействии катодной термоэлектронной эмиссии. В ТДР применяются катоды прямого накала, для формирования которых была использована металлическая лента. Витки ленты обязательно требуется расположить особым образом, так, чтобы движение ионизированного газа было ориентировано в направлении параллельном плоскости ленты. Такой подход необходим для того, чтобы поверхность катода не разрушалась и служила максимально долго. Питание, подогревающее катод обладает довольно незначительным (до 5 вольт) уровнем напряжения, это обстоятельство обусловлено тем, что напряжение более высокого уровня может произвести зажигание не в той точке, а именно – между катодных выводов. Такую ситуацию обычно обозначают как пробой катода.
Рис.2: Тиратрон с водородным наполнением
ТДР являются мощными тиратронами, следовательно, применяются как средство контроля больших токов. Прежде они были наиболее распространены в сфере промышленной электроники и электротранспорта, например, как компонент управляемого выпрямителя или силового коммутатора. На сегодняшний день эту нишу практически полностью заняли тиристоры, которые в равной степени пригодны для выполнения подобных задач. Ещё один значимый момент заключается в том, что для наполнения мощных тиратронов наиболее широко применяли пары ртути, а на сегодняшний день подобные устройства отнесены к разряду опасных для жизни и здоровья и изъяты из производства. В нынешнее время достаточно актуальным остаётся только выпуск наполненных водородом тиратронов, которые способны контролировать токи чрезвычайной силы в условиях крайне высокого напряжения. Тиристоров же, способных выполнять подобные задачи, не существует. Помимо прочего, широко распространено использование водородных тиратронов в качестве коммутирующих ключей линейных модуляторов.
Маркировка
Что такое тиратрон и где он применяется
Тиратрон – это особый тип триода, который внутри наполнен инертным газом либо их смесью. Стеклянная колба имеет внутри два электрода (положительный и отрицательный) и сетку из металла. При подаче напряжения на катод происходит его нагрев, анод подключается к положительному источнику питания. Сетка же имеет отрицательный заряд, что удерживает электроны между катодом и сеткой.
Тиратроновая сетка, в отличии от триодной не изменяет анодный ток, он остается постоянным. Таким образом, из-за инертного газа его можно только зажечь, но не возможно погасить. Более подробная информация о тиратроне содержится в настоящей статье. Также здесь описано его использование, разновидности, технические характеристики. Дополнениями служат два видеоролика и одна научная статья.
Тиратроны с накаливаемым катодом
Тиратроном называют газоразрядный выпрямитель, имеющий анод, катод и один или несколько добавочных электродов-сеток. Тиратроны с накаливаемым катодом являются, большей частью, мощными газоразрядными управляемыми приборами и, аналогично газотронам, принадлежат к приборам несамостоятельного дугового разряда в инертных газах.
Предназначены для выпрямления и преобразования переменного тока промышленной частоты 50 Гц. Кроме выпрямления и преобразования некоторые типы тиратронов применяются (в зависимости от мощности) в электроприводе, релаксационных схемах, в релейных, инверторных, контролирующих, защитных и сварочных устройствах.
Первые образцы газотронов были разработаны в 1929 году в США, Хэллом в исследовательской лаборатории фирмы General Electric в Скенектеди.
Баллоны тиратронов, как и газотронов, наполняются инертными газами (низковольтные приборы), ртутными парами (высоковольтные) или водородом (импульсные тиратроны).
Представляет собой электронный трехэлектродный или четырехэлектродный прибор. Соответственно имеет одну или две сетки, выполненных в виде пластин с круглыми отверстиями. Кроме того, тиратроны имеют анод и холодный катод. Все электроды помещены в миниатюрный стеклянный баллон, заполненный инертным газом при давлении порядка 10 3 Па. Катод изготавливается из молибдена или никеля, активированного материалом с малой работой выхода (цезий, барий и др.), и имеет большую поверхность по сравнению с анодом, выполненным обычно из молибденовой проволоки. Анодные характеристики тиратронов Uа.= f(Iа) представляют собой обычную характеристику нормального тлеющего разряда
В некоторых случаях мощный тиратрон можно использовать в газотронном режиме, для чего сетку соединяют с катодом через активное сопротивление или на сетку подают небольшой положительный потенциал относительно катода.
Как работает тиратрон
В тиратроне используется электростатическое управление возникновением разряда на анод. В запертом состоянии на сетку подается значительное отрицательное смещение. Так как электроны, эмиттируемые катодом, имеют среднюю энергию в несколько электрон-вольт, то указанного отрицательного смещения достаточно для торможения даже самых быстрых из них. В пространстве сетка-анод существует сильное ускоряющее электрическое поле, однако, поскольку через отверстия сетки электроны почти не проходят, разряд в этом пространстве развиться не может.
При уменьшении абсолютного значения потенциала тормозящее поле сетки ослабевает и все большее число электронов начинает проникать в пространство сетка—анод. Ускоряясь, эти электроны приобретают энергию, достаточную для ионизации атомов или молекул газа.
В результате появившиеся вторичные электроны вместе с первичными уходят на анод, а ионы, двигаясь по направлению к катоду и попадая в сеточные отверстия, экранируют поле сетки, вызывая тем самым приток новых электронов и лавинообразное нарастание тока.
В конечном счете формируется плазма, возникающая сначала в области анода, а затем постепенно заполняющая все пространство анод—катод, за исключением катодной области. Поскольку плазма обладает высокой проводимостью, тиратрон отпирается.
Электрическое поле сетки при развившейся плазме полностью экранировано ионной оболочкой, так что сеточный потенциал никак не влияет на протекание тока в тиратроне. Для свободного прохождения тока толщина ионной оболочки вокруг отверстия сетки должна быть незначительна, так чтобы центральные участки отверстий сеток были свободны от действия поля сетки.
При дальнейшем спаде концентрации заряженных частиц действие электрического поля сетки нарастает до тех пор, пока ее управляющие свойства не восстановятся полностью. Из проведенного описания можно сделать вывод, что по сравнению с газотроном тиратроны с накаленным катодом должны иметь две важные характеристики.
Технические характеристики
Для лучшего понимания роли кривой восстановления сеточного запирания на том же графике показаны кривые нарастания реального анодного напряжения на тиратроне Ua (t). В режиме, соответствующем кривой 1, пересекающейся с кривой восстановления сеточного запирания, тиратрон даже при отрицательном напряжении на сетке повторно зажигается в момент времени Θ1 т.е. теряет управляемость по сетке. В режиме, соответствующем кривой 2, характеризуемой меньшей скоростью нарастания анодного напряжения, этого не происходит и режим можно рассматривать как нормальный.
Тиратроны с газовым наполнением имеют характеристики, мало зависящие от температуры окружающей среды, что является их главным преимуществом перед ртутными тиратронами, для которых внешняя температура должна быть ограничена определенными пределами. Превышение этой температуры приводит к росту давления и понижению пробивной прочности. При температурах ниже допустимой затрудняется возникновение разряда.
В тиратронах с газовым наполнением выделяющийся в оксидных катодах барий не амальгамируется, как это происходит в ртутных тиратронах. Для разложения амальгамы бария ртутным тиратронам необходим восстановительный разогрев (режим) длительностью от 0,5 до 2 ч в зависимости от мощности прибора.
Конструкция тиратрона
Тиратроны с газовым наполнением эксплуатируются в любом положении. Ртутные — только в вертикальном, горловиной вниз, чтобы стекающая в нее ртуть имела температуру, мало зависящую от изменения режима работы тиратрона. В первом случае электроды располагаются один над другим по вертикали в различных горизонтальных плоскостях. Такая конструкция типична для тиратронов средней и большой мощности с выводом анода на верхнюю часть баллона. При больших размерах электродов и баллона такое расположение конструктивно более удобно и механически более жестко.
Во втором случае электроды располагаются по сечению в одной горизонтальной плоскости, аналогично электродам электровакуумных ламп. Такая конструкция используется в маломощных тиратронах, наполняемых инертными газами и имеющих стандартную октальную цоколевку. Сетки тиратронов выполняются чаще всего в виде никелевых, молибденовых или графитовых дисков с отверстиями разной формы и величины.
Наиболее выгодное использование однощелевой сетки получается при выполнении электродной системы аналогично электровакуумным приборам, в горизонтальной плоскости. В тиратронах малой и средней мощности (до 3-5 а) применяется однодырчатая сетка, которая имеет сравнительно малую приемную поверхность, что обусловливает и малые сеточные токи. Достоинством конструкции сетки является то, что она частично защищена от попадания продуктов испарения катода. Однако через однодырчатую сетку нельзя пропустить значительные токи из-за возможного разрыва дуги, значительных потерь в сетке и локализации мощного разряда на относительно небольшом участке поверхности анода. Поэтому в мощных тиратронах применяется многодырчатая сетка.
Большое число сравнительно небольших отверстий на большой площади позволяет сохранить высокие управляющие свойства такой сетки и одновременно предотвратить значительное повышение напряжения или разрыв дуги с ростом тока. В некоторых случаях для получения малой проницаемости сеток целесообразно применять двойную многодырчатую сетку, что уменьшает напыление оксида на ответственные участки сетки и увеличивает пробивное напряжение.
К недостаткам многодырчатых сеток следует отнести большую приемную поверхность, что обусловливает большие сеточные токи и повышает вероятность загрязнения сетки продуктами испарения катода. С ростом мощности прибора увеличивается число отверстий, а следовательно, и площадь сетки. Поэтому в мощных высоковольтных и импульсных приборах, рассчитанных на токи в сотни ампер, применяются многощелевые или решетчатые сетки. Многощелевую сетку получают из многодырчатой, соединяя ряд отверстий щелью. Это уменьшает плотность тока, приходящуюся на отверстие, и увеличивает допустимый ток на прибор при той же общей поверхности сетки.
С увеличением тока и напряжения тиратрона возрастают требования к обезгаживанию сетки, чистоте ее поверхности и уменьшению поверхностей жестчения. В этом случае наряду с многощелевой применяется решетчатая сетка, масса которой невелика. Последнее облегчает обезгаживание сетки.
В тиратронах при достаточно больших анодных напряжениях может возникнуть самостоятельный тлеющий разряд между сеткой и анодом. Чтобы устранить это вредное явление и повысить предельное напряжение, в тиратрон вводится еще одна — экранирующая сетка. Она позволяет также расширить частотный диапазон. Двухсеточные тиратроны работают на частотах до 500 Гц.
Особенности работы
Для возникновения разряда между анодом и катодом необходимо вначале подать между сеткой и катодом положительный импульс напряжения, создающий вспомогательный разряд в этом промежутке; затем разряд возникает в основном промежутке. Время запаздывания тока анода по отношению к импульсу напряжения сетки зависит от параметров сеточной цепи, напряжения накала, напряжения анода, тока анода и частоты повторения импульсов. Чтобы уменьшить время запаздывания и сделать его более стабильным, нужно повысить крутизну фронта напряжения сетки и значение импульсного тока сетки.
Зажигание тиратрона должно происходить на фронте сеточного импульса, а не на его плоской части. Это ограничивает периодическую нестабильность (разброс фронта импульса тока анода от импульса к импульсу). Периодическая нестабильность уменьшается с ростом напряжения анода, тока сетки и крутизны фронта импульса напряжения сетки.
После прохождения импульса тока необходимо задержать появление на аноде положительного напряжения до тех пор, пока восстановится электрическая прочность тиратрона. С этой целью при эксплуатации обычно предусматривается небольшое (около 5%) рассогласование сопротивления нагрузки с волновым сопротивлением формирующей линии. Благодаря этому вслед за прохождением импульса тока на аноде тиратрона кратковременно создается обратное (отрицательное) напряжение, задерживающее появление оложительного напряжения.
При импульсной работе необходимо минимальное время возникновения разряда тиратрона, поэтому баллоны импульсных тиратронов наполнены водородом, характерным высокой подвижностью ионов, в связи с чем обеспечена высокая скорость деионизации. Время восстановления управляющих свойств сетки в приборах с водородным наполнением приблизительно в 10 раз меньше, чем в приборах с ртутным, аргоновым или ксеноновым наполнением.
Некоторые импульсные тиратроны, как исключение, наполняются инертными газами. Характерной особенностью импульсных тиратронов с водородным наполнением является жестчение водорода, т. е. поглощение его продуктами испарения и распыления оксидного катода и остальных электродов. Испаряющиеся с оксидного катода барий и стронций сильно поглощают водород, в связи с чем в тиратроне меняется давление газа и изменяются пусковые характеристики. Поэтому в качестве электродов водородных приборов используется высококачественный электролитический никель, свободный от восстанавливаемых и вредных примесей; а мощные импульсные тиратроны имеют внутри баллона так называемый генератор водорода, поддерживающий давление водорода в колбе практически неизменным в течение всего срока службы тиратрона.
Как используется тиратрон
Постепенное уменьшение запирающего отрицательного напряжения на сетке (путем перемещения движка потенциометра вправо) приведет к появлению небольшого тока в цепи анода тиратрона. При дальнейшем уменьшении этого напряжения большое количество электронов с высокой скоростью будут двигаться к аноду. На своем пути они станут ионизировать атомы газа. Движение ионов газа, в свою очередь, ускоряется электрическим полем анода и катода; при столкновениях с нейтральными атомами они образуют новые ионы в еще большем количестве. Такая лавинообразная ионизация сопровождается скачкообразным нарастанием силы анодного тока и зажиганием тиратрона.
Для ограничения силы тока в цепи анода включается ограничительное сопротивление. С момента зажигания тиратрона и возникновения электрического разряда в нем сетка теряет свое управляющее свойство. Это связано с тем, что отрицательный заряд сетки оказывается окруженным оболочкой из положительных ионов, которые нейтрализуют его действие. Прекращение разряда в тиратроне можно осуществить двумя способами: уменьшением анодного напряжения или обрывом цепи анода. За время, которое длится до 1 мсек, в лампе происходит процесс рекомбинации, после чего сетка вновь приобретает управляющее действие.
В цепи сетки тиратрона образуется сеточный ток Ic, который является нежелательным. Этот ток создается электронами и положительно заряженными ионами. При положительном напряжении на сетке она притягивает к себе электроны и в ее цепи появляется электронный ток.
При отрицательном напряжении на сетке к ней притягивается некоторое количество положительных ионов и в цепи сетки возникает ионный сеточный ток. Так как ионы имеют большую, чем электроны массу, то они менее подвижны и поэтому ионный ток в цепи сетки меньше электронного сеточного тока. Для ограничения бесполезного сеточного тока в ее цепь включают ограничительное сопротивление. В практике применяют разнообразные марки тиратронов. Они отличаются: напряжением накала, напряжением возникновения электрического разряда, наибольшим отрицательным запирающим напряжением сетки, током накала, средним током анода, временем разогрева катода, сопротивлением в цепи сетки и размерами.
Так, тиратрон ТГ1-2,5/4 с оксидным катодом прямого накала имеет следующие основные данные: среднее значение тока анода 2,5 а, напряжение накала 5 в, напряжение возникновения электрического разряда 140 в, наибольшее отрицательное напряжение сетки 100 в, ток накала 142 а, время разогрева 1 мин, сопротивление в цепи сетки 0,001 — 0,1 Мом, длина 255 мм, диаметр 85 мм.
Генератор водорода выполнен в виде металлической ампулы из тонкой никелевой жести с порошком гидрата титана, внутри которой помещается подогреваемая электрическим током алундированная бифилярная спираль. С торцов ампула закрыта вакуумным цементом. Водород, обильно выделяющийся из гидрата титана при его нагреве до 350-450°С, через щель в никелевом цилиндрике поступает в тиратрон.
В нерабочем состоянии или после выключения накала водород, находящийся в баллоне, поглощается гидратом титана, и в баллоне создается высокий вакуум. Накал водородного импульсного тиратрона включается на 3—5 мин до подачи анодного напряжения, после чего давление водорода в баллоне достигает необходимой величины.
Напряжение накала в процессе эксплуатации не должно изменяться больше, чем на 5%, во избежание нарушения правильного режима работы вследствие отклонения давления газа от нормального значения. Для компенсации воздействия температуры окружающей среды и стабилизации накала генератора водорода последовательно с подогревателем генератора водорода включается проволочный резистор с высоким температурным коэффициентом сопротивления, размещаемый вне оболочки прибора (обычно в цоколе). Подогреватель генератора водорода с компенсирующим сопротивлением включается параллельно накалу тиратрона либо имеет отдельный вывод, что позволяет осуществлять питание генератора от отдельного стабилизированного источника.
Сетка тиратрона имеет малую проницаемость, так что поле анода практически не действует в прикатодной области. Поэтому без подачи отрицательного смещения при нулевом потенциале сетки тиратроны выдерживают высокие напряжения между анодом и катодом. Большие значения анодных токов обусловливают применение либо многодырчатого либо многорешетчатого типа сетки. При этом последний тип сетки более характерен для приборов большой мощности, в то время как многодырчатые сетки применяются, в основном, в тиратронах малой и средней мощности.
Преимущества многорешетчатых сеток заключаются в меньшей массе сетки, в меньших пусковых токах, в меньших падениях напряжения в сетке, а следовательно, в меньшем нагреве сетки в разряде и, наконец, в более равномерной загрузке анода. Такие сетки представляют собой никелевое или молибденовое полотно, приваренное к никелевому кольцу сетки. При этом должны быть приняты меры к тому, чтобы полотно не прогибалось, а сварка каждой нити полотна была надежной. В противном случае при малых расстояниях возможны короткие замыкания между сеткой и анодом. В тиратронах большой мощности с большим диаметром сеточного кольца допускается укрепление полотна никелевыми уголками, привариваемыми крест-накрест.
Для получения соответствующей правой пусковой характеристики тиратрона при сетке со сравнительно большими отверстиями перед ней помещается экранирующий диск, размеры которого таковы, что он несколько перекрывает отверстия в управляющей сетке. Этот диск электрически связан с сеткой и выполняет роль пускового электрода. От его расположения относительно сетки во многом зависит анодный ток зажигания и соответствующий ему пусковой ток сетки. Аноды импульсных тиратронов выполняются из молибдена и никеля. Катоды — оксидные, косвенного накала, допускают кратковременный отбор тока больших величин.
Работа импульсных тиратронов характеризуется импульсной мощностью, наибольшей частотой повторения импульсов, крутизной нарастания переднего фронта импульса анодного тока и его возможной минимальной длительностью. Качество импульсного тиратрона тем выше, чем больше значение этих параметров.
Важным параметром тиратрона является запаздывание анодного тока по отношению к импульсу напряжения на сетке, выражающееся в нескольких десятых долей микросекунды, необходимых для развития ионизационных процессов в разрядном пространстве и для перемещения положительных ионов в область электронного объемного заряда у катода для его нейтрализации. Импульсные тиратроны имеют положительную пусковую область зажигания, обусловленную особенностью конструкции управляющих электродов (сеток).
Особенности эксплуатации импульсных водородных тиратронов
Тиратроны нуждаются в жесткой стабилизации напряжения накала. В связи с этим необходимо предусматривать ограничение броска тока накала при включении. В тех случаях, когда имеется отдельный вывод подогревателя генератора водорода, следует стабилизировать напряжение его накала в пределах до ±2%. Рекомендуется, чтобы амплитуда прямого напряжения анода была на уровне 85—90% предельной эксплуатационной величины для повышения надежности тиратрона.
В то же время снижение амплитуды более чем на 70% недопустимо, так как приводит к увеличению времени запаздывания тока анода и росту периодической нестабильности. Для повышения надежности желательно также снижать амплитуду импульса тока анода. Минимальное значение амплитуды тока анода не ограничивается.
Не рекомендуется уменьшать длительность импульса тока анода до величин, соизмеримых с временем коммутации. Превышение установленной частоты повторения и длительности импульсов не допускается. Допустимая амплитуда обратного напряжения анода зависит от времени приложения (после прохождения импульса тока), формы и длительности импульса обратного напряжения.
Для случаев работы в схемах линейных модуляторов в справочнике сообщается максимальное значение обратного напряжения в течение определенного времени (обычно первые 25 мкс) после прохождения импульса тока. Время запаздывания импульса тока анода по отношению к импульсу напряжения сетки зависит от режима применения. Оно растет с уменьшением напряжения накала, напряжения и тока анода, частоты повторения импульсов.
Появление тиристоров, выполняющих те же функции, что и тиратроны, но являющихся твердотельными приборами со всеми присущими им достоинствами, привело к резкому ограничению применения тиратронов. В связи с этим оказалось целесообразным использовать тиратроны только для выпрямления высоких рабочих напряжений (десятки—сотни киловольт).
Однако применение здесь газонаполненных тиратронов невозможно из-за интенсивно происходящего в процессе эксплуатации поглощения инертного газа, которое приводит к быстрому выходу приборов из строя. В настоящее время в качестве высоковольтных вентилей применяются только ртутные тиратроны. Однако ртутные тиратроны способны работать в диапазоне температур 15—40 °С, что существенно ограничивает область их применений.
В то же время тиратроны выгодно отличаются от тиристоров такими достоинствами, как большие допустимые импульсные токи и напряжения и более высокое быстродействие. Поэтому в настоящее время в качестве импульсных коммутаторов широко используются водородные тиратроны. Система обозначения мощных тиратронов многократно менялась. Первые образцы имели название, состоящее из букв “ТГ” (“ТГИ” для импульсных тиратронов) и номера разработки (через дефис; подозреваю, что нумерация разработок была сквозная для всех типов ламп).
Чуть позже вместо номера разработки стали указывать дробное число, числитель – амплитуда выпрямленного тока в импульсе (в Амперах), а знаменатель – амплитуда допустимого прямого и обратного напряжений, в единицах В. В 1940-ые годы ввели иную систему. Первым элементом в ней были буквы, характеризующие область применения прибора: РТ – релейный тиратрон, ВТ – выпрямительный тиратрон, МТИ – импульсный модуляторный тиратрон. Далее ставился номер разработки, причем по каждой группе была отдельная нумерация, т.е. были РТ1, ВТ1, МТИ1 и т.п.
Система эта не прижилась, и вскоре вернулись к предыдущему варианту, слегка модернизировав его. Эта система дожила до наших дней. В ней обозначение мощных тиратронов состоит из трех элементов. Первый элемент — буквы: ТР — тиратрон с ртутным наполнением, ТГ — тиратрон с газовым наполнением, ТГР – тиратрон со смешанным наполнением, ТГИ – тиратрон с газовым наполнением импульсный; второй элемент — номер, присвоенный данному типу тиратрона (первоначально, короткое время, этот номер не указывали); третий элемент — дробное число, в котором числитель обозначает наибольшее среднее значение выпрямленного тока (для импульсных – наибольший ток в импульсе), а знаменатель — наибольшее допустимое обратное напряжение в кВ.
Обозначение маломощных тиратронов состоит из четырех элементов:
Встречаются и тиратроны с обозначениями, принятыми для приемно-усилительных ламп (1Т1А).