Тиратроны

Тиратроны - газоразрядные приборы, в которых кроме анода и катода имеется еще один или несколько электродов — сеток. Тиратроны изготовляют с накаливаемыми и холодными катодами.

• Тиратроны с холодным катодом

Тиратроны могут быть наполнены как парами ртути, так и инертными газами. Катоды и аноды тиратронов имеют аналогичную газотронам конструкцию.

На рис. 58 показан принцип устройства тиратрона. Катод 6 помещен внутрь экрана 7, представляющего собой металлический цилиндр. Анод 2 тоже помещен в цилиндрический экран 1. Рис. 58. Принцип устройства тиратрона с накаливаемым катодом. 1—экран анода; 2 — анод 3 — ссгка; 4 — изолятор 5 — вывод сетки; 6 — кагод; 7 —экран катода; 8 — выводы катода.

Сетка тиратрона 3 имеет особую конструкцию, которая полностью исключает возможность проникновения анодного поля к катоду в обход сетки. Она представляет собой металлический диск с одним или несколькими отверстиями и располагается между экранами анода и катода, от которых изолирована двумя кольцевыми изоляторами. Если бы электроны могли попадать к аноду, минуя сетку, то ионизация газа проходила бы без влияния ее потенциала, т. е. потенциал сетки не определял бы начала ионизации.

При отрицательном потенциале сетки в пространстве между ней и катодом создается электрическое поле, препятствующее движению электронов от катода к аноду. По мере уменьшения отрицательного потенциала сетки скорости электронов, пролетающих ее плоскость, возрастают. При некотором «потенциале зажигания» на сетке U'_c=U_c.заж начинается ионизация газа в пространстве между сеткой и анодом. В тиратроне зажигается дуговой разряд между анодом и катодом.

На рис. 59 изображены анодно-сеточные и пусковые характеристики тиратрона, а также приведена схема для снятия этих характеристик. Анодно-сеточные характеристики тиратрона (рис. 59, а) выражают графическую зависимость анодного тока тиратрона от напряжения на управляющей сетке при различных и постоянных напряжениях на аноде. Рис. 59. Анодно-сеточные (а) и пусковые (б) характеристики тиратрона и схема для снятия этих характеристик (в).

Пусковая характеристика, или характеристика зажигания тиратрона, представляет собой графически выраженную зависимость между анодным напряжением и напряжением зажигания тиратрона (рис. 59, б). Прежде чем начать снимать характеристику, движок потенциометра П₂ (рис. 59, в) ставят в нижнее положение, а верхний движок потенциометра П₁ — в крайнее левое, при этом нижний движок его должен находиться в среднем положении. Таким положениям движков потенциометра П₁ соответствует наибольшее по абсолютной величине отрицательное напряжение на сетке тиратрона. Далее следует подать напряжение накала. После разогрева катода (время разогрева определяется типом тиратрона) при помощи потенциометра П₂ устанавливают заданное напряжение на аноде U'_a.

После этого, плавно передвигая движок П₁ из крайнего левого положения вправо, фиксируют момент зажигания тиратрона по показаниям вольтметра V₁. Так определяется, например, точка К пусковой характеристики, а измерив при этом анодный ток, получим ту же точку К анодно-сеточной характеристики тиратрона. Остальные точки характеристики можно построить, передвигая движок А₂ и фиксируя показания амперметра А₂.

Из рассмотрения схемы и анодно-сеточных характеристик тиратрона можно сделать следующие выводы:

1. Величина напряжения зажигания зависит от напряжения на аноде тиратрона. Чем выше напряжение на аноде, тем при большем отрицательном напряжении на сетке зажигается тиратрон.
2. При зажигании тиратрона происходит перераспределение напряжения U₂ между прибором и ограничительным сопротивлением, напряжение на аноде падает до 16-20 в.
3. При зажигании тиратрона появляется ток в цепи сетки за счет ионов, двигающихся к отрицательно заряженной сетке. Для ограничения этого тока в цепь управляющей сетки включают дополнительное сопротивление R_c, которое имеет обычно величину порядка нескольких десятков, а иногда и нескольких сотен килоом.
4. После зажигания изменение величины и знака напряжения на управляющей сетке тиратрона не оказывает влияния на его анодный ток. Изменяя потенциал управляющей сетки, можно управлять только зажиганием тиратрона, но не величиной анодного тока.

Последнее объясняется тем, что после зажигания положительные ионы концентрируются возле сетки, имеющей отрицательный потенциал. Вокруг нее образуется ионная оболочка, нейтрализующая действие отрицательного потенциала. Для погашения тиратрона надо уменьшить напряжение на аноде или разорвать анодную цепь.

На рис. 59, б показаны пусковые характеристики двух тиратронов. Характеристика 1 соответствует тиратрону с редкой сеткой; располагается она в основном в области отрицательных напряжений на сетке (отрицательная пусковая характеристика). Характеристика 2 соответствует тиратрону с густой сеткой, т. е. с малой проницаемостью (положительная пусковая характеристика).

Температура окружающей среды, величина сопротивления, включенного в цепь сетки, и частота анодного напряжения оказывают существенное влияние на положение пусковой характеристики тиратрона.

При увеличении сопротивления R_c пусковая характеристика перемещается в область более отрицательных напряжений на управляющей сетке, так как при этом потенциал ее становится выше за счет увеличения напряжения на резисторе R_c при прохождении по нему ионного тока. Подобное же смещение характеристик имеет место при увеличении частоты анодного напряжения.

Чем выше температура, тем при более отрицательном напряжении на сетке происходит зажигание тиратрона.

Пусковая характеристика тиратрона, работающего при переменном напряжении на аноде, отличается от статической пусковой характеристики, снятой па постоянном токе.

При переменном анодном напряжении дуга в тиратроне зажигается только во время положительного полупериода. В конце его тиратрон гаснет. Процесс деионизации длится некоторое время, причем положительные ионы продолжают поступать к сетке из плазмы. Ток в цепи сетки будет тем больше, чем выше частота переменного напряжения на аноде, так как при этом сокращается время восстановления. При определенной частоте анодного напряжения сетка теряет управляющее действие. Для восстановления его уменьшают сопротивление R_c, что способствует более быстрому отводу ионов из плазмы. На величину тока деионизации оказывает влияние, кроме того, плотность паров или газа внутри баллона тиратрона.

В тиратронах, наполненных парами ртути, время восстановления управляющего действия сетки после погасания тиратрона равно 100—300 мксек, т. е. эти тиратроны могут быть использованы в цепях переменного тока, частота которого не превышает 1000 гц.

У тиратронов, наполненных инертными газами, время восстановления меньше и поэтому их можно использовать в цепях с токами более высоких частот.

Крайние точки пусковых характеристик тиратрона, учитывая влияние всех перечисленных факторов, ограничивают пусковую область характеристик. Отсюда можно сделать вывод, что при определенном напряжении на аноде U_а существует целый ряд значений напряжения на сетке U_c, при которых возможно зажигание тиратрона. Так, из рис. 59, а следует, что напряжению U'_а соответствуют изменения напряжений на сетке от  U'_c до U"_c.

Параметрами тиратрона, так же как и газотрона, являются максимальный допустимый ток и напряжение обратного зажигания. Однако при запертом тиратроне, во время положительного полупериода переменного напряжения на аноде, между анодом и сеткой может появиться тлеющий разряд. При этом сетка оказывается окруженной ионной оболочкой, теряет свое управляющее действие и играет роль катода. Если сопротивление в цепи сетки невелико, то ток тлеющего разряда будет значительным и тлеющий разряд может перейти в дуговой. Поэтому параметром тиратрона является также предельное наибольшее допустимое напряжение на аноде, при котором отсутствует разряд между анодом и сеткой. Это предельно допустимое анодное напряжение в тиратронах, наполненных парами ртути, составляет не более 15 кв, а в тиратронах, наполненных инертными газами, может меняться в пределах от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт.

Для увеличения предельного напряжения в тиратрон вводят дополнительный электрод — экранирующую сетку. Экранирующая сетка располагается между анодом и управляющей сеткой и конструктивно представляет собой диск с отверстием посредине, являющийся основанием цилиндрического экрана.

Изменяя величину и знак напряжения на экранирующей сетке, можно смещать пусковую характеристику тиратрона. При подаче на экранирующую сетку более высокого отрицательного потенциала пусковая характеристика сдвигается в область положительных напряжений на управляющей сетке, и наоборот, при увеличении положительного потенциала экранирующей сетки происходит сдвиг пусковой характеристики в область более отрицательных напряжений U_c1.

Введение экранирующей сетки способствует также увеличению обратного напряжения и дает возможность управлять тиратроном с помощью переменного напряжения.