Главная » Книги и журналы

1 2 3 4 5 ... 32

вероятность повторной ионизации газовых частиц уменьшается по мере удаления атомов и молекул от катода.

Величина AU практически не зависит от тока эмиссии, если анодный ток не превышает нормального значения тока эмиссии. Если анодный ток становится больше тока эмиссии, падение напряжения у катода возрастает, вызывая увеличение полного падения напряжения на газотроне, что отражено на участке в - г характеристики (рис. 1-4, а).

Если анодный ток больше нормального тока эмиссии катода,

вблизи последнего пространственный заряд отсутствует и за счет

о f3 JO 5 60 У5 С

Рис. 1-4. Характеристики газотронов.

увеличенного падения напряжения на газотроне положительные ионы движутся к катоду с большой скоростью и при бомбардировке катода частично его разрушают. Обычно с целью предохранения катода в газотронах предусматривается катодный экран .

При недокале и снижении эмиссионной способности катода описанные процессы сказываются значительно сильнее, чем при нормальном накале. В этом случае вольт-амперная характеристика газотрона имеет вид, показанный на рис. 1-4, а пунктиром. При недокале катода уменьшается рабочая область характеристики, увеличивается падение напряжения вблизи катода: вместо нормального 7-9 в, оно становится 9-12 в и более.

Падение напряжения в развитой газоразрядной плазме Д^г.п составляет доли вольта на сантиметр пути носителей зарядов; общее падение напряжения в газоразрядной плазме 0,8-2,5 в. Это

падение напряжения обусловлено процессами рекомбинации носителей зарядов при их движении сквозь плазму. Нарушение температурного режима, ухудшение свойств газа и недогрузка газотрона по току приводят к увеличению падения напряжения Д^г.п-

Падение напряжения в непосредственной близости у анода может быть отрицательным или положительным в зависимости от режима работы газотрона. В первом случае AU обусловлено скоплением электронов вблизи анода и их действием как отрицательного пространственного заряда: создается своеобразное сопротивление электронам, приходящим со стороны катода. Таког режим обычно характерен для малых токов нагрузки и низкого анодного напряжения. В другом случае, когда ток нагрузки велик и анодное напряжение намного больше потенциала ионизации, пространственный заряд у анода отсутствует и Д(/а имеет отрицательную полярность. Абсолютное значение падения напряжения у анода оценивается в 0,5-1,2 в.

Суммарное падение напряжения на газотроне в пределах рабочей области характеристики составляет 10-20 в и зависит от конструкции газотрона, газового наполнения и температуры окружающей среды. Это падение напряжения принято называть напряжением горения и^. Напряжение горения меняется по величине в зависимости от температуры окружающей среды, так как при этом меняются условия ионизации газа: при повышении температуры падение напряжения уменьшается, при понижении температуры- уве^тичивается. Характер зависимости напряжения горения для газотрона с парами ртути показан на рис. 1-4, б. В газотронах с инертными газами зависимость величины U. от температуры несколько меньшая, чем у газотронов с парами ртути.

При включении газотрона с развитой газоразрядной плазмой в обратном направлении (минус на анод и плюс на катод) процессы протекают следующим образом: ионы начинают двигаться к аноду, а электроны - к катоду, т. е. создается ток обратного направления по сравнению с направлением прямого тока. Одновременно с этим происходит процесс деионизация (рекомбинации) носителей зарядов.

Длительность протекания обратного тока /обр определяется временем деионизации газа, которое для газотронов с инертными газами составляет около 50 мксек, а для паров ртути - до 300 мксек. Если время обратного включения газотрона меньше времени деионизации т, то обратный ток прекращается (заканчивается движение носителей зарядов). Если же газотрон включен в обратном направлении длительное время, то обратный ток нарастает. Характер изменения прямого и обратного токов в газотроне показан на рис. 1-4,е. Величина обратного тока зависит от температуры и давления газа,

н

скорости нарастания отрицательного потенциала на аноде, состояния газоразрядной плазмы до обратного включения газотрона, а также от конфигурации анода, В ряде случаев при наличии обратного тока достаточно большой величины за счет ионной бомбардировки анода может возникнуть вторично-электронная эмиссия с его

поверхности, в результате чего газоразрядная плазма развивается и обратный ток резко возрастает.

Обычно обратный ток составляет доли процента от номинального прямого тока газотрона. При неблагоприятных условиях обратный ток может стать соизмеримым с прямым током, т. е. может возникнуть полное обратное включение (зажигание) газотрона.

Допустимое обратное напряжение обр.доп газотрона должно быть таким, чтобы при его эксплуатации в качестве вентиля не возникали процессы обратного зажигания дуги. Так как величина обр.доп в первую очередь зависит от температуры окружающей среды и газа, то указанные в паспортах газотронов величины обр.доп должны быть скорректированы. Обычно в паспортах ука-

зывается Uq,

20° G. Зависимость изменения

,бр.доп при температуре -обр.доп от температуры окружающей среды для газотрона с парами ртути показана на рис. 1-4, г, В этом случае величина обрдо сни-

35 до

жается почти в

55°

два раза при изменении температуры от С. У газотронов с инертными газами зависимость от температуры несколько меньшая, чем у газотронов с ртути.

т г

обр.доп

Б. Тиратроны дугового разряд

Тиратроны дугового разряда (рис. 1-5) представляют собой управляемые газоразрядные приборы, применяемые в основном для выпрямления тока. В зависимости от их газового наполнения различают тиратроны с инертными газами ТГ и с парами ртути ТР. В обозначении тиратронов, как и у газотронов, указывается допустимое среднее значение тока (числитель) и обратного напряжения (знаменатель).

Процессы протекания тока в тиратронах почти такие же, как в газотронах. Тиратроны в отличие от газотронов имеют управляющий электрод - сетку, которая ослабляет или усиливает влияние электрического поля анода на поток электронов, движущихся по направлению к аноду. Сетка может запереть тиратрон, если на ней

имеется соответствующий отрицательный потенциал относительно катода.

Процесс управления током в тиратроне отображен в его анодно-сеточных характеристиках (рис, 1-6, а). При постоянном анодном

напряжении U - const тиратрон отпирается при отрицательном потенциале сетки- Ug (точка а). При дальнейшем уменьшении отрицатетьного потенциала сетки в пределах части характеристики, ограниченной точками а - б, через тиратрон протекает небольшой ток, определяемый законом степени трех вторых, как и в трехэлект-родных электронных лампах. При дальнейшем уменьшении отрицательного потенциала сетки начинается лавинообразное нарастание тока через тиратрон за счетионизации газа и происходит зажигание тиратрона. При этом вскоре устанавливается определенное

й

значение анодного ток

Е

а

огр

где Е

напряжение анодного питания; - напряжение горе-

ния; jRij и jRorp - сопротивление нагрузки и ограничительное сопротивление, включенные во внешнюю цепь тиратрон

ч

Рис. 1-5. б - типа

Устройство тиратронов с накаливаемым катодом (а - типа TPI ТГ1-5/3; в - трехэлектродного; г - четырехэлектродного)

2,5/3; и их

обозначение на схемах (д).

подогревный элемент; 2 - катод; 9 - сетка; 4 - экранирующая сетка; 5 - анод.

Очевидно, что при одних и тех же сопротивлениях во внешней цепи и необходимости увеличения тока /а требуется повысить напряжение £ а- Соответственно с изменением анодного напряжения меняется и потенциал запирания тиратрона, как это видно из вольт-амперной характеристики, показанной на рис. 1-6, а.

Управляюшая сетка суш^ественно влияет лишь на процесс зажигания тиратрона и, как только начинается ионизация газа, теряет свое управляюшее действие. При этом почти любое изменение ее потенциала как в сторону отрицательных, так и в сторону положи-

тельных значений напряжения не вызывает изменения анодного тока и, тем более, не может прекратить процесс ионизации. Для гашения разряда в тиратроне должно быть снято положительное анодное напряжеше.

В зажженном тиратроне управляюшее действие сетки пропадает, так как к ней, имеющей отрицательный потенциал, движутся из газоразрядной плазмы положительные ионы и нейтрализуют ее действие. Вся управляющая сетка покрывается ионной оболочкой, толщина которой увеличивается с увеличением анодного тока и отрицательного потенциала сетки. В результате движения

а

иа * const

1Цд R>R

-Ля.

const

Рис. 1-6. Характеристики тиратронов с дуговым разрядом (заштрихо

вана область пусковых характеристик).

ИОНОВ к сетке в сеточной цепи тиратрона возникает сеточный ток t, зависимость которого от тока нагрузки и сеточного смещения показана на рис. 1-6, а (в нижней части рисунка).

.ля ограничения сеточного тока тиратрона в цепь сетки включают активное сопротивление R = 10-10 ом в зависимости от типа тиратрона. В результате действия этого сопротивления ток в цепи сетки тиратрона остается почти неизменным по величине при заданном режиме работы.

При эксплуатации тиратронов важно знать их пусковые характеристики, представляющие взаимно связанные соотношения минимальных величин сеточного и анодного напрян^е-ний, при которых происходит зажигание тиратрона. Так как условия зажигания тиратронов зависят от температуры газа, частоты тока, протекающего через тиратрон, и величины ограничительного сопротивления R, то практически используются .несколько видов пусковых характеристик.

На рис. 1-6, б показана пусковая характеристика тиратрона при неизменных температуре окружающей среды и частоте тока через тиратрон. В этом случае пусковая характеристика меняется лишь

в зависимости от ограничительного сопротивления R в сеточной цепи тиратрона. Если меняется величина сопротивления R, на котором падает напряжение IgR, с полярностью противоположной полярности исходного сеточного смещения £, то напряжение зажигания тиратрона изменится соответствующим*образом. Для предельных значений сопротивлений R н R оказываются две крайние пусковые характеристики, между которыми можно расположить другие характеристики, соответствующие промежуточным значениям ограничительного сопротивления. Таким образом возн11кает область пусковых характеристик (на рис. 1-6 - заштрихована).

Пусковые характеристики, зависимые от температуры окружающей среды, при постоянном значении ограничительного сопротивления и частоты тока через тиратрон, показаны на рис. 1-6, в. Такая зависимость пусковых характеристик от температуры связана с изменением условий ионизации газа.

Зависимость пусковых характеристик от частоты тока, протекающего через тиратрон, показана на рис. 1-6, г. Такая зависимость характеристик обусловлена процессом ионизации и выражена в том случае, если тиратрон включен как вентиль в цепь переменного тока. При выключении анодного напряжения начинаегся процесс деионизации газа и если к моменту повторного включения положительного анодного напряжения деионизация газа не закончилась, то зажигание тиратрона произойдет при меньшем напряжении (/а, а при постоянном значении зажигание произойдет при меньшем потенциале сетки.

Потеря управляющего действия сетки тиратрона вызывается

также тлеющим разрядом между сеткой и анодом в те моменты времени, когда тиратрон еще не зажжен, а отрицательный потенциал сетки и положительный потенциал анода высоки (достигают 10- 20 кв). При этом за счет возникновения тлеющего разряда несколько повышается давление газа и тлеющий разряд может перейти в дуговой. Наиболее устойчивыми против возникновения тлеющего разряда являются четырехэлектродные (двухсеточные) тиратроны, обычно используемые в выпрямителях высокого напряжения. В маломощных тиратронах со сравнительно низким выходным выпрямленным напряжением тлеющий разряд, предшествующий нормальному дуговому разряду, не наблюдается.

Эксплуатационные свойства тиратронов дугового разряда имеют много общего со свойствами газотронов, включая большую чувствительность к изменению напряжения накала и температуре.

В, Тиратроны тлеющего разряда

Тиратроны тлеющего разряда, или, как их часто называют, безнакальные, являются маломощными приборами и в качестве вентилей применяются лишь в схемах с преобразованием тока по частоте. Их схематическое устройство (трехэлектродных и

четырехэлектродных) показан9 на рис. 1-7, а. Между цилиндрическим катодом и стержневым анодом в четырехэлектродном тиратроне имеются две сетки: управляющая и экранирующая в трехэлектродном тиратроне имеется лишь управляющая сетка g,

В цепи управляющая сетка - катод обычно включается отрицательное сеточное смещение Eg и ъ результате действия этого напряжения тиратрон заперт. При подаче на вход схемы импульса положительного напряжения 0 как бы компенсируется действие отрицательного смещения и возникает газовый разряд между сеткой и катодом. При этом газовые частицы ионизируются, и разряд перебрасывается затем на анод, т. е. происходит,отпирай не анодной цепи

о) Г50

Катод

h~ -

9г

Рис. 1-7. Схематическое устройство и характеристики безнакальных тиратронов

тиратрона. Пусковая характеристика безнакального тиратрона приведена на рис. 1-7, б. Показанная здесь зависимость напряжения зажигания от тока Igi обусловлена тем, что с увеличением тока возрастает количество ионизированных газовых частиц и улучшаются условия возникновения разряда.

На рис. 1-7, в показана схема включения четырехэлектродного тиратрона тлеющего разряда. В этой схеме ток Ig определяется не только величиной но и сопротивлением С другой стороны, режим работы тиратрона зависит также от сеточного смещения Е^ и сопротивления Rg, Поэтому семейство пусковых характеристик такого тиратрона обычно представляют в виде, показанном на рис. 1-7, г. Здесь сопротивление оказывает примерно такое же действие, как ограничительное сопротивление в цепи сетки тиратрона с дуговым разрядом, т. е. падение напряжения на этом сопротивлении за счет протекания по нему ионного тока сетки сказывается на потенциале сетки g-

г. Ртутные вентили

Ртутными вентилями называют газоразрядные приборы с д у -говым разрядом, происходящим в парах ртути, образующихся при испарении жидкой ртути, выполняющей роль н е н а -каливаемого катода. Такой катод обладае1 почти неограниченной авто электронной эмиссией.

Вентили с ртутным катодом бывают трех видов: ртутные вент ил и, игнитроны и экс и троны. Основными электродами во всех этих вентилях являются катод в виДе жидкой ртути и анод; в игнитронах имеется дополнительное устройство для зажигания дуги (игнитор), а в экситронах, кроме игнитбра, есть защитная (управляющая) сетка.

Каждый из этих вентилей подразделяется на группы по числу электродов, методу управления и контролирования процесса разряда, но часто их заменяют полупроводниковыми вентилями. В аппаратуре и радиоприборах широкого применения ртутные вентили не используются.

1-4. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЕНТИЛИ

к неуправляемым полупроводниковым вентилям относятся п о -ликристаллические (селеновые, меднозакисные и титановые) и монокристаллические (германиевые, кремниевые, карбид-кремниевые и интерметаллические). К управляемым полупроводниковым вентилям относятся пока лишь кремниевые,

многоструктурные.

Полупроводниковые вентили различных типов отличаются между собой параметрами и эксплуатационными свойствами. В современной радиоаппаратуре различного назначения используются почти все виды полупроводниковых вентилей.

А. Селеновые вентили

Селеновые вентильные комплекты (столбики) представляют собой

и

параллельно-последовательное соединение диодов, каждый из которых содержит п-/7-переход, созданный в толще слоя селена, нанесенного на металлическую подложку (шайбу, пластину или таблету). Обычно к селену, применяемому для изготовления диодов, добавляют в Небольшом количестве йод, хлор и другие примеси, которые уменьшают сопротивление вентиля прямому току и снижают рштенсивность процесса старения.

В отличие от германия и кремния селен не меняет свойственную ему дырочную проводимость даже при наличии примесей независимо от того, являются ли они акцепторами или донорами, если предварительно не произведена электрическая формовка вентиля. Примеси до формования меняют лишь величину удельной электри-

ческой проводимости селена, не вызывая изменения механизма проводимости.

Вторым полупроводником п-р-перехода сетеновых вентилей с проводимостью типа п служат селенид кадмия или сульфид кадмия, создаваемые в процессе изготовления вентиля на границе раздела селена и металла.

Схематическое устройство наиболее типичных вентрыей серий А и Г показано на рис. 1-8, а-б. Здесь алюминиевая подложка / служит основанием диода. На нее наносится тонкий слой висмута 2у необходимый для уменьшения сопротивления переходных контактов. На висмут напаривается в вакууме аморфный слой селена 3 толщиной 50-60 мкм и осуществляется двукратная кристаллизация селена. На поверхность селена наносится тонкий слой серы и жидкий

6) ,м МО/С llV

сек

030 го 10

X ьо ios

ЧОХ- , *20Г 8 Ь-бОХЛ, , г

				40ft

о 2 6 8 Ю

Рис 1-8. Схематическое устройство и характеристики селеновых вентилей

катодный сплав 5, содержащий кадмий. Затем изготовленный диод подвергается электрической формовке, в результате которой образуется сульфид кадмия 4, обладающий проводимостью типа п. Запирающий слой ЗС у вентилей серии А (старое обозначение ABC: алюминиевый вентиль селеновый) расположен на внешней стороне селенового слоя под пористым катодным сплавом. Поэтому для большей влагостойкости эти вентили покрываются лаками или красками до их сборки в вентильные комплекты.

У вентилей серии Г (рис, 1-8, б, старое обозначение ТВС) запирающий слой ЗС расположен в толще селена и закрыт от воздействия внешней среды. Благодаря этому у них допустимое обратное напряжение выше, чем у вентилей серии А.

Лаковое кольцо в вентилях серии А и бумажная шайба в диодах серии Г, а также специальная форма токосъемных шайб предусматривает предохранение верхних слоев вентиля от механических повреждений при их сборке в столбики.

Селеновые вентили комплектуются с помощью стяжных болтов или помещением диодов, имеющих вид таблет, в цилиндрический

корпус из пластмассы. Количество внешних выводов от вентилей определяется схемой их включения. Обычно выводы вентильных комплектов маркируются следуюш.им образом: кат<д (+) - красной краской; анод (-) - синей краской; выводы для подключения переменного напряжения (г^) - желтой краской

Семейство статических характеристик селенового Лиода показано рис. 1-8, в. По ним можно определить параметры диода и их зависимость от температуры.

Эксплуатационные свойства селеновых вентилей, Расформовка вентиля - уменьшение сопротивления обратному току при длительном хранении вентиля в обесточенном состоянии. Расформовка устраняется путем повторного формования.

Старение вентиля - постепенное увеличение сопротивления прямому току. Старение интенсивно протекает в первые 1000-2000 ч работы вентиля после его изготовления и наблюдается при длительном хранении вентилей в обесточенном состоянии или при работе в схеме выпрямления. Процесс старения замедляется путем подбора соответствуюш,их примесей к селену и рациональной

технологии производства вентилей.

Устал ость (ползучесть) вентилей

увеличение обратного

тока с течением времени даже при неизменной Bev7H4HHe обратного напряжения. Особенно заметна усталость в вентилях, включенных длительное время в цепь постоянного тока.

Собственная емкость диода образуется при его включении в обратном направлении, причем запорный слой служит диэлектриком этого конденсатора; собственная емкость составляет приблизительно 0,01 мкф/см

Условный

раоочеи поверхности диода, срок служб ы, при котором выходное напряжение выпрямителя снижается на 10%, если входное напряжение неизменное, составляет 15-20 тыс. ч. Вентили можно использовать и по истечении условного срока службы.

Самовосстановление вентилей заключается в

том, что при выгораний небольшой части рабочей поверхности вентиль в целом может продо^тжать исправно действовать.

Перегрузочная способность вентилей значительно выше, чем у других типов вентилей, например, германиевых или кремниевых. Эта способность селеновых вентилей ограничивается лишь условиями охлаждения.

Перегрузочная способность вентилей характеризуется графиками рис. 1-8, 2, где по оси абсцисс отложены отношения токов грузки и их номинальных значений для данного вентиля, а по оси ординат - время перегрузки. Во многих случаях перегрузочная способность характеризуется также произведением кратности отношения токов на длительность перегрузки. Например, германиевый вентиль способен выдержать четырехкратную перегрузку по току лишь в течение 0,1 сек, а селеновый вентиль выдерживает такую кратность перегрузки в течение 50 сек. Следовательно, перегрузоч-

1 2 3 4 5 ... 32