электровакуум.приборы (1084498), страница 73
Текст из файла (страница 73)
В отличие от приборов, наполненных инертным газом, ртутньае приборы не нуждаются в анодном экране. Это связано с тем, что газовое Рнс. 28.5. Конструкция высоковольтного выпрями- тельного тнратрона с ртутным наполнением о йе йв 1,2 и„,.в -е — б -В це,в Рис. 28.6. Пусковые характеристики тяратропа Ряс, 28.7. Характеристика сеточного запнрапня наполнение в них обеспечивается испарением ртути из капли 5 и соответствующее давление обычно меньше 5 Па, что исключает пробои даже по сравнительно длинным силовым пиниям. Недостатком ртутных тиратронов (и газотронов) является ограниченный диапазон допустимых температур окружающей среды.
Превышение этой температуры приводит к росту давления и понижению пробивной прочности. При температурах ниже допустимой затрудняется возникновение разряда. Достоинство тиратронов — большой срок службы, обусловпенньш практической неистощиьюстъю газового наполнения. 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 дпя 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. Дпя 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 выключении тиратрона путем снятия напряжения с анода постепенно происходит распад плазмы — заряженные частицы плазмы соединяются друг с другом (рекомбинируют) на стенках или в объеме. По мере уменьшения концентрации зарядов толщина сеточных оболочек падает до тех пор, пока не наступает момент их смыкания, Этот момент соответствует началу восстановления управляющего действия 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 вьвод, что по сравнению с газотроном тиратроны с накаленным катодом должны иметь две важные характеристики.
Первая из них — анодно-сеточная пусковая характеристика, изображенная на рис. 28.6, связывает между собой анодные с1а и сеточные Ц напряжения, соответствующие возникновению разряда. Очевидно, что область выше этой характеристики является областью зажигания. При нагрузке анодным током происходит смещение характеристики вню — "разбежка". Она связана с появлением падения напряжения на сеточном резисторе Яс из-за протекания тока термоэлектронной эмиссии сетки.
При этом фактический потенциал сетки оказывается выше, чем напряжение подключенного к ней источника. Вторая характеристика — восстановления во времени сеточного запирания, т.е. изменения во времени электрической прочности анодного промежутка, показана на рис, 28.7. 353 352 12-6353 Она представляет собой зависимость допустимого напряжения, которое можно приложить к аноду тиратрона без возбуждения основного разрдца (отпирания), от времени, прошедшего после прекращения тока основного разяряда, Ув = У(т) .
Горизонтальный участок кривой рис. 28.7 длительностью Во соответствует интервалу времени до смыкания ионных оболочек вокруг сетки, Для того чтобы в этот период в тиратроне не существовал основной разряд, к его аноду нужно прикладывать напряжение, меньшее напряжения поддержания дугового разряда. Для лучшего понимания роли кривой восстановления сеточного запирания на том же графике показаны кривые нарастания реального анодного напряжения на тиратроне У,(г). В режиме, соответствующем кривой 1, пересекающейся с кривой восстановления сеточного запирания, тиратрон даже лри отрицательном напряжении на сетке повторно зажигается в момент времени бы т.е. теряет управляемость по сетке. В режиме, соответствующем кривой 2, характеризуемой меньшей скоростью нарастания анодното напряжения, этого не происходит и режим можно рассматривать как нормальный. Появление тиристоров, выполняюшнх 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 тнратроны только для вылрямления высоких рабочих напряжений (десятки — сотни киловольт). Однако применение здесь газонаполненных тнратронов невозможно из-за интенсивно происходящего в процессе эксплуатации поглощения инертного газа, которое приводит к быстрому выходу приборов из строя. В период проводимости наибольшее количество газа поглощается отрицательно заряженной сеткой, в которой после нейтрализации "замуровываются" положительные ионы. В обратный полупериод ионы аналогичным образом улавливаются ююдом. Для получения высокой долговечности можно бьшо бы в качестве газового наполнения тиратрона применить водород, запас которого восполняется с помощью генератора водорода.
Однако из-за высокого напряжения поддержания дугового разряда в водороде это приводит к большим потерям мощности в проводящую часть периода, что недопустимо как с точки зрения КПД преобразования энергии, так и превышения температуры тнратрона. В настоящее время в качестве высоковольтных вентилей применяются только ртутные тиратроны. Поскольку пары ртути в объеме прибора находятся в равновесии с жидкой ртутью, поглощение газа не приводит к слыт3 давления. Однако давление определяется температурой наиболее холодной части колбы, где конденсируется ртуть, и, таким обрагом, сильно зависит от температуры окружюощей среды. Обычные ртутные тиратроны способны работать в диапазоне температур 15 — 40 'С, что существенно ограничивает область их применений, 354 рис.
28.8. Импульсный модулятор иа водородном тиратроие: а — схема включения; б — диаграмма напряжений иа аноде 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. Рассмотрим типовую схему импульсного модулятора радиолокационной станции (рис. 28.8), которая преобразует постоянное напряжение Еа в мощные импульсы повторяющегося напряжения.
Работа схемы иллюстрируется диаграммами напряжения на рис. 28.8, б. В течение периода времени Тавр энеруня от источника Еа накапливается в длинной линии, состоящей из трех звеньев АС Для ограничения тока заряда использован реактор т',эар, дяя исключения обратного разряда линии на источник применен диод ЛИ. После полного заряда линии тюложительным импульсом, подаваемым на сетку, включается импульсный тиратрон г'2 и накопленная линией энергия выделяется на нагрузке Аи в виде мощного прямоугольного импульса, Роль нагрузки часто выполняет магнетрон, генерирующий высокочастотные колебания в виде коротких импульсов.
Процессы зарядки и разрядки повторяются с периодичностью 7п Из рассмотрения схемы вытекают следующие требования к импульсному тиратрону: способность выдерживать без пробоя прямое напряжение на аноде; способность формировать короткие импульсы с крутым фронтом; быстрое восстановление электрической прочности в прямом направлении после прохождения импульса тока, что необходимо для начала нового зарядного цикла; способность выдерживать отрицательное напряжение, которое может возникать при несогласованности волнового сопротивления линии и сопротивления нагрузки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
