15-3. Приборы с тлеющим разрядом

а) Неоновая лампа

В большинстве индикаторов используется катодное свечение газа, возникающее в результате преобразования электрической энергии.

Для получения достаточно хорошего свечения баллоны индикаторов заполняются неоном или неоном с примесью аргона при давлении 2 500—4 000 Па (20—30 мм рт. ст.).

Поэтому световые индикаторы часто называются неоновыми сигнальными лампами. Световые индикаторы изготовляются двухэлектродными или многоэлектродными, последние называются также цифровыми лампами, так как их катодам придается форма цифр.

У двухэлектродных индикаторов, предназначенных для цепей переменного тока, электроды делаются одинаковыми, например в виде дисков; у индикаторов для цепей постоянного тока катодам придают разную форму.

Рис. 15-12. Световые индикаторы — неоновые лампы.

Малогабаритные индикаторы типа ТН-0,2 и ТН-0,3 (рис. 15-12) предназначены для питания от источника постоянного напряжения. Мощность их составляет доли ватта.

Анод индикатора типа ТН-0,2 (рис. 15-12, а) имеет форму кольца, катод — форму диска с оксидным покрытием.

Анод индикатора типа ТН-0,3 (рис. 15-12, б) выполнен в виде проволоки диаметром 3 мм. Катод — цилиндрический с оксидным покрытием. Рассмотренные индикаторы применяются в качестве сигнальных ламп.

Напряжение зажигания тлеющего разряда всегда несколько выше напряжения горения разряда, поэтому во избежание перегрузок индикаторов последовательно с ними включаются балластные резисторы. У индикаторов нормальных габаритов, например типа ТН-30, они помещаются в цоколе индикатора, у малогабаритных индикаторов они внешние.

Цифровые индикаторы или цифровые лампы позволяют непосредственно производить визуальный отсчет численных значений контролируемой величины.

В цифровой лампе (рис. 15-13, а) размещается десять проволочных (вольфрамовых) катодов, соответствующих цифрам десятичного ряда 0—9. Анод в виде тонкой сетки (рис. 15-13, б) расположен перед катодами. Он связан электрически с боковым экраном, окружающим катоды, что обеспечивает примерно одинаковое расстояние между анодом и каждым из катодов.

Рис. 15-13. Цифровой индикатор: а — внешний вид сбоку; б — вид с торца; в — расположение электродов.

Порядок расположения катодов (рис. 15-13, в), цифровые значения которых указаны на рисунке справа, обеспечивает минимальное затемнение светящегося в данный момент катода.

Включение катодов производится с помощью коммутатора.

б) Стабилитрон

Приборы тлеющего разряда, предназначенные для стабилизации напряжения, т. е. для поддержания неизменным напряжения на нагрузке или на определенном участке цепи постоянного тока, называются стабилитронами тлеющего разряда или газоразрядными стабилитронами.

Стабилитрон имеет стеклянный баллон (рис. 15-14), в котором расположен цилиндрический катод К, а на оси его проволочный анод А. Баллон заполняется смесью инертных газов аргон — неон, аргон — гелий или другими при давлении 2 500—4 000 Па (20—30 мм рт. ст.).

Катод выполняется из стали никеля или молибдена, с внутренней стороны активируется барием или цезием для уменьшения работы выхода.

Рабочий участок АБВ вольт-амперной характеристики (рис. 15-15) стабилитрона расположен почти параллельно оси ординат.

Стабилитрон включается параллельно нагрузке с сопротивлением (рис. 15-16).

Рис. 15-14. Стабилитрон и его условное обозначение.

Рис. 15-15. Вольт-амперная характеристика газоразрядного стабилитрона.

Рис. 15-16. Схема стабилизатора с газоразрядным стабилитроном.

Последовательно с разветвленным участком включается балластный резистор с сопротивлением

Ток в резисторе, равный току источника питания,

Входное напряжение равно сумме падений напряжений на балластном резисторе и на сопротивлении нагрузки (на стабилитроне), т. е.

Любое, даже довольно значительное изменение входного напряжения вызывает почти такое же изменение на балластном резисторе и незначительное изменение напряжения на стабилитроне, так как последнее вызывает значительное изменение тока в стабилитроне и резисторе ().

При неизменном входном напряжении увеличение тока нагрузки вызывает уменьшение тока в стабилитроне и незначительное изменение напряжения на нагрузке.

Работа стабилизатора оценивается коэффициентом стабилизации, который показывает, во сколько раз относительное изменение входного напряжения меньше относительного изменения напряжения на нагрузке

Для получения больших стабилизированных напряжений применяется последовательное соединение стабилитронов.

Стабилитроны изготовляются на напряжения от 70 В и выше на токи от 5 до 40 мА.

в) Бареттер

Бареттером называется негазоразрядный прибор, предназначенный для поддержания постоянства тока в цепи при изменении напряжения питания.

Бареттер состоит из стеклянного баллона, внутри которого укреплена железная или вольфрамовая проволока. Баллон бареттера заполняется водородом при давлении 6 000—25 000 Па (50—200 мм. рт. ст.).

Условия охлаждения и нагревания нити бареттера подобраны так, что изменение напряжения на ее зажимах вызывает почти пропорциональное ему изменение сопротивления нити. Таким образом, в известных границах изменение напряжения вызывает очень незначительное изменение тока.

Рис. 15-17. Схема включения бареттера.

Включая бареттер последовательно с нагрузкой (рис. 15-17), получаем незначительное изменение тока в цепи при значительном изменении напряжения источника питания. Если сопротивление нагрузки постоянно, то при изменении напряжения сети будут почти постоянными не только ток, но и напряжение на нагрузке.

Бареттер можно применять в цепях постоянного и переменного тока, так как он не реагирует на быстрые изменения тока в течение периода.

Бареттер обладает значительной инерцией, которая достигает 1—3 мин.

В некоторых областях бареттеры нашли довольно широкое применение, так, например, в технике связи они применяются для стабилизации тока в цепях накала электронных ламп.

г) Тиратрон с тлеющим разрядом (с холодным катодом]

Тиратрон с холодным катодом — это ионный прибор с тлеющим разрядом. Простейший прибор сострит из баллона с тремя электродами (рис. 15-18), анодом А, датодом К и сеткой С, расположенной вблизи катода.

Рис. 15-18. Тиратрон тлеющего разряда.

Рис. 15-19. Схема включения тиратрона тлеющего разряда.

Последняя предназначается для управления моментом начала разряда. Состав газа и его давление такие же, как и в стабилитроне.

Катод тиратрона — цилиндрической формы, активированный. Анод стержневой формы из молибдена, конец его выступает из стеклянной оболочки. Сетка представляет собой полый цилиндр из никеля с отверстием (рис. 15-18).

Источник питания (рис. 15-19) создает между катодом и анодом напряжение (рабочее напряжение), достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для его зажигания. При подаче на сетку положительного импульса в цепи сетка — катод возникает ток в несколько микроампер, называемый током поджига и в зазоре сетка — катод появляется разряд. При этом некоторое количество заряженных частиц проникает в пространство между анодом и катодом, вследствие чего между ними возникает тлеющий разряд и в анодной цепи начинает проходить ток порядка десятка миллиампер.

Характеристикой зажигания тиратрона (рис. 15-20) называется зависимость анодного напряжения зажигания от тока поджига Чем больше электронов вводится в пространство между анодом и катодом, т. е. чем больше ток поджига, тем меньше напряжение зажигания, но оно не меньше рабочего.

Резистор (несколько мегом) между сеткой и анодом (рис. 15-19) обеспечивает стабильность зажигания, так как при наличии его в схеме имеет место темный разряд между сеткой и катодом и определенное число заряженных частиц в междуэлектродном пространстве.

Рис. 15-20. Характеристика зажигания тиратрона тлеющего разряда.

Гашение тиратрона производится или размыканием анодной цепи, или уменьшением анодного напряжения ниже рабочего.

Достоинством рассмотренных тиратронов являются малые размеры и масса, высокая механическая прочность, широкий диапазон рабочих температур , высокая долговечность, большая экономичность (отсутствие цепи накала).

Тиратроны с холодным катодом применяются в схемах автоматики и других областях как бесконтактньм реле.