КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИОННЫХ ПРИБОРАХ

August 1, 2011 by admin Комментировать »

Существует обширная группа приборов, которые наполнены га­зом при пониженном давлении (по сравнению с атмосферным) и в ко­торых при прохождении тока через внутреннее пространство свобод­ными носителями зарядов являются не только электроны, но и за­ряженные частицы газа — ионы. Такие приборы называются ион­ными (или газоразрядными). Применения ионных приборов очень широки и разнообразны; однако в практике радиолюбителя они встре­чаются гораздо реже, нежели электронные лампы и полупроводни­ковые приборы, а потому можно ограничиться лишь краткими све­дениями о них.

Представим себе газовую среду с пониженным давлением, сквозь которую пролетает электрон, находящийся под действием электриче­ского поля. Если он обладает достаточной скоростью, то при столкно­вении с молекулой газа он расщепляет ее, выбивая новые электроны. Молекула из нейтральной превращается в положительный ион, кото­рый по сравнению с электроном обладает большой массой. Вместо одного электрона в пространстве будут находиться уже два электрона. Каждый из них, притягиваясь к аноду и приобретая кинетическую энергию, может на своем пути расщеплять еще по одной молекуле. Тогда в пространстве будут существовать три иона и четыре свободных электрона. Так происходит ионизация газа, причем возможно лавино­образное нарастание числа ионов и электронов. Ионизированный газ с большим и равным количеством электронов и ионов называется плазмой.

Поток электронов совершает движение к аноду, поток обра­зующихся ионов более медленно движется к катоду в направлении силовых линий электрического поля. Кроме этих упорядоченных движений, электроны и ионы совершают хаотические движения по всем направлениям; имеется та или иная вероятность столкновения и рекомбинации (воссоединения) электрона и иона с образованием нейтральной молекулы. Режим работы ионного прибора считается установившимся, если число атомов, расщепляемых за некоторое время, равно числу атомов, восстанавливающихся за то же время путем рекомбинации.

Рис. 8-42. Неоновая лампа.

а — схема исследования свойств лампы; б — распределение
                          потенциала в лампе.

Если на расщепление атома (т. е. на ионизацию) затрачивается какое-то количество энергии анодного питания, то при рекомбинации энергия освобождается, выделяясь обычно в виде света: в большинстве случаев ионные приборы светятся при нормальной работе (в электрон­ных же лампах свечение обычно служит признаком потери вакуума с возможным выходом лампы из строя).

Мы рассмотрим два класса ионных приборов: приборы с тлею­щим разрядоми приборы сдуговым разрядом.

Тлеющий разряд поддерживается за счет эмиссии катода под ударами ионов. Поэтому приборы с тлеющим разрядом называются иначе приборами схолодным катодом (в отличие от катодов с термоэлектронной эмиссией, нам уже известных).

Простейшим примером ионного прибора с холодным катодом мо­жет служить неоновая лампа. Она представляет собой трубку, напол­ненную неоном при пониженном давлении. В баллон неоновой лампы впаяны два электрода — анод и холодный катод. При увеличении напряжения до некоторого значения, зависящего для данного газа от его давления и от расстояния между электродами, в лампе появляется свечение. Измерительный прибор начинает регистрировать ток в цепи лампы (рис. 8-42, а). Это значение напряжения называют напря­жением зажигания лампы.

Возникновение тока при холодном катоде происходит вследствие того, что в газе всегда имеется некоторое количество ионов. Под действием достаточно сильного электрического поля положительные ионы движутся к катоду и, ударяясь об его поверхность, выбивают из него электроны. Свободные электроны направляются к аноду и, встречаясь с молекулами газа, расщепляют их, т. е. ионизируют газ. Именно такой газовый разряд, происходящий под действием только напряжения между электродами, называется самостоятельным тлею­щим разрядом. Непрерывному процессу тлеющего разряда свойст­венно свечение газа и прохождение тока порядка единиц и Десятков миллиампер.

Напряжение и, включенное между электродами лампы, распре­деляется в ней неравномерно (рис. 8-42, б). Дело в том, что положи­тельные ионы, движущиеся к катоду, образуют вокруг него ионный пространственный заряд с высоким положительным потенциалом. Напряжение источника, преодолевающее действие ионного заряда, падает преимущественно в непосредственной близости от катода («катодное падение»). Поэтому распределение потенциала по длине лампы l (от катода k до анода а) имеет закономерность, изображенную на рис. 8-42, б.

При малом токе свечение наблюдается на небольшом участке над поверхностью катода. Если ток через лампу увеличивать, свече­ние будет постепенно распространяться на всю поверхность катода; увеличение же «работающей» поверхности катода приведет к даль­нейшему повышению тока. Но при этом катодное падение напряжения не изменится и будет сохранять свою нормальную величину, соста­вляющую для неона, например, от 70 до 150 в, в зависимости от ма­териала катода.

Повышая далее напряжение на лампе, можно дойти до такого значения, при котором катод, нагретый ионной бомбардировкой до высокой температуры, окажется в состоянии давать термоэлектрон­ную эмиссию. Тогда эмиттируемые электроны смогут компенсировать ионный пространственный заряд, а характер разряда перейдет из тлеющего в дуговой; при дуговом разряде катод неоновой лампы разрушается. Во избежание опасности дугового разряда неоновая лампа всегда включается через дополнительное сопротивление, кото­рое может быть расположено в цоколе самой лампы или же вне лампы.

Если же уменьшать напряжение на зажимах светящейся лампы, то ток прекратится и свечение исчезнет при напряжении по­гасания, которое ниже, чем напряжение зажигания.

Неоновые лампы применяются для световой сигнализации на распределительных щитах и панелях аппаратуры, а также в качестве индикаторов напряжений, особенно высокой частоты.

В несколько измененной конструкции приборы тлеющего само­стоятельного разряда используются в стабилизаторах напряжения элек­тропитания радиоаппаратуры; такие приборы называются стаби­литронами. Электроды стабилитрона чаще всего имеют форму цилиндров, причем в больший по диаметру цилиндр-катод входит меньший цилиндр-анод. Принцип действия стабилитрона базируется на постоянстве катодного падения напряжения при тлеющем разряде.

На рис. 8-43 приведена схема включения стабилитрона между источником постоянного напряжения Е и некоторым потребителем — сопротивлением нагрузки Rн. Последовательно в цепь питания вклю­чено балластное сопротивление Rб, а стабилитрон подключен к по­требителю параллельно. Значит, напряжение на потребителе (на­грузке) Uн всегда равно напряжению на стабилитроне Uс, т. е. прак­тически равно его катодному падению» Избыток напряжения источника падает на балластном сопротивлении, и возможные изменения напряжения источника отражаются только на величине этого избытка. Разумеется, включение стабилизатора вызывает дополнительный расход энергии источника электропитания как в сопротивлении Rб, так и в самом стабилитроне.

Необходимо сказать, что в последнее время наряду с ионными стабилитронами используются также кремниевые диоды — стабили­троны на напряжение стабилизации около 10 в.

Рис. 8-43. Схема включения ста билитрона.

Перейдем к приборам, которые имеют нагретый катод и характери­зуются постоянным разрядом дугового характера. Такие приборы наряду с кенотронами и полупроводниковыми диодами широко применяются в сило­вых выпрямительных устройствах. Преимущественное применение ион­ные приборы имеют в устройствах электропитания радиопередатчиков. Современным видом ионного вы­прямительного прибора является т и-

р а трон с нагреваемым катодом. Он позволяет создать выпрями­тель с экономичной регулировкой величины выпрямленного тока. Схематически устройство тиратрона на небольшую мощность пред­ставлено на рис. 8-44; здесь же дано его условное изображение. Ти­ратрон имеет три электрода: анод, сетку и катод (прямого или кос­венного накала).

Рис.  8-44.   Устройство  и   условное изображение тиратрона

Если установить большое отрицательное сеточное напряжение и затем включить положительное напряжение на анод, то ток в анод­ной цепи будет практически отсут­ствовать (участок АВ на рис.8-45,а): отрицательно заряженная сетка тормозит движение электронов, эмиттируемых катодом. При посте­пенном уменьшении отрицательно­го сеточного напряжения поле, тормозящее движение электронов, ослабляется. При некотором значе­нии сеточного напряжения (точка В на рис. 8-45, а) электроны преодо­левают тормозящее действие сетки и под действием поля анода приоб­ретают энергию, достаточную для ионизации инертного газа или паров ртути, заполняющих баллон тиратрона. Произойдет зажигание тиратрона. Анодный ток резко возрастет (участок ВС на рис. 8-45, а). После того напряжение на сетке уже не влияет на величину анодного тока, так как большое количество положительных ионов своим полем компенсирует тормозящее поле сетки (участок DE на рис. 8-45, а). Величина анодного тока опреде­ляется добавочным сопротивлением в цепи анода. Погасить тиратрон можно лишь путем уменьшения анодного напряжения.

Если повысить анодное напряжение, то вспышка тиратрона про­изойдет при более отрицательном сеточном напряжении и анодный ток достигнет большего значения. Если включать на сетку напряжения

разной величины и каждый раз измерять зажигающее анодное напря­жение U3, то мы получим так называемую пусковую характеристику тиратрона (рис. 8-45, б). Следовательно, когда анод тиратрона пи­тается переменным напряжением, то выбор сеточного смещения опре­деляет момент (фазу) вспышки тиратрона и тем самым определяет

время прохождения выпрямленного тока через него в течение периода питающего напряжения. Благодаря такому свойству оказывается возможным регулировать выпрямленное напряжение и выпрямленный ток при неизменном нагрузочном сопротивлении, в чем и состоит до­стоинство тиратрона по сравнению с выпрямительными диодами. Наряду с применением в выпрямителях тиратроны широко ис­пользуются для замыкания цепей сильного тока при помощи источ­ника напряжения малой мощности (в качестве реле разового дей­ствия).

 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты