8. ОБЩИЕ СВОЙСТВА ИОННОГО (ТИРАТРОННОГО) УСИЛИТЕЛЯ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ТИРАТРОНОМ

Наибольшее распространение в настоящее время имеют два типа управляемых ионных приборов: тиратроны и ртутные вентили. Тиратроны являются приборами несамостоятельного разряда — в них эмиссия электронов с катода происходит за счет его разогрева до высокой температуры. Ртутные вентили относят к приборам с самостоятельным разрядом — в них эмиссия электронов поддерживается за счет ионной бомбардировки электрода, вызываемой приложенным напряжением. Обычно у таких вентилей катод является жидким, источником электронов служит раскаленное «катодное пятно», поддерживаемое постоянно горячей дугой возбуждения (в экситронах) или возникающее в каждый проводящий полупериод (в игнитронах).

Заполняются ионные приборы парами ртути или инертного газа (аргона, неона) при низком давлении от до 10-4 мм рт. ст.

Ионный прибор по своему принципу действия является релейным элементом, характеризующимся двумя устойчивыми состояниями — проводящим и непроводящим. Для зажигания его необходимы: начальная ионизация (или подготовительный разряд), достаточно большое положительное напряжение между анодом и катодом и напряжение на сетке, превышающее некоторый критический уровень. В проводящем состоянии параметры выходного сигнала тиратрона не зависят ни от параметров входного сигнала, ни от использовавшегося способа управления зажиганием (изменением анодного или сеточного напряжения).

Падение напряжения на горящем тиратроне почти не зависит от величины проходящего по нему тока и составляет всего 10 — 30 В. Такое малое напряжение выгодно отличает тиратрон от

электронной лампы, на которой обычно падает напряжение, в 3—4 раза большее.

Поскольку схемы и системы с мощными ионными приборами исчерпывающе описаны в литературе [2,6], здесь мы остановимся только на рассмотрении тиратронных усилителей.

Основные параметры тиратронов с нагреваемым катодом отечественного производства приведены в табл. II.2.

Таблица II.2 (см. скан) Характеристики некоторых тиратронов

Анодное напряжение можно включать только после полного прогрева катода. Время прогрева для тиратронов типа мин, а для типа ТР не менее 30—40 мин. В цепи анода тиратрона обязательно должно быть включено достаточно большое сопротивление, ограничивающее величину анодного тока. При отсутствии этого сопротивления после зажигания тиратрона все напряжение источника окажется приложенным только к нему и в результате дугового разряда тиратрон сгорит. В цепь управляющей сетки должен быть включен резистор, ограничивающий сеточные токи. Для тиратронов типа ТГ сопротивление резистора несколько сот кОм (до 300 кОм), для типа ТР — около 5 кОм от источника постоянного тока. Питание анодной цепи тиратрона от источника переменного тока позволяет управлять средним анодным током с помощью постоянного или переменного сеточного напряжения. В обоих случаях в момент тиратрон

зажигается при определенном соотношении между анодным и сеточным напряжениями (рис. II.19). Анодный ток тиратрона течет до момента гашения напряжение на аноде становится меньше напряжения горения а в отрицательный полупериод ток отсутствует. Характеристика зажигания тиратрона при питании его анодной цепи переменным током может быть построена при использовании кривой критических сеточных потенциалов для случая питания анодной и сеточной цепей постоянным током. Форма характеристики зависит от вида кривой и определяется уровнем анодного напряжения .

Рис. II.19. Построение кривой изменения анодного тока тиратрона

При приложении к сетке тиратрона постоянного напряжения, превышающего величину — тиратрон не зажигается. При сеточном напряжении, например, — момент зажигания тиратрона соответствует точке А пересечения линии потенциала на сетке с кривой зажигания. В проводящий полупериод при активной нагрузке анодный ток изменяется так, как это показано на рис. 11.19.

Среднее значение анодного тока при условии, что

где — угол горения тиратрона.

Это выражение можно упростить, если учесть, что падение напряжения между анодом и катодом проводящего тиратрона значительно меньше амплитудного значения напряжения источника:

Изменяя величину отрицательного потенциала на сетке в пределах от 0 до , можно менять угол зажигания (отсечки) тиратрона в пределах от нескольких градусов почти до а следовательно, и величину среднего анодного тока в пределах от

Угол зажигания тиратрона при заданном напряжении может быть определен из уравнения кривой критических потенциалов

где и а находятся графически (рис. 11.19).

Основной недостаток способа управления средним током тиратрона при питании его анодной цепи переменным напряжением (при постоянном управляющем напряжении на сетке) заключается в малом диапазоне регулирования, ограниченном всего лишь первой четвертью периода. В этом случае возможно уменьшение величины тока от 100% до 50%.

Возможно управление тиратроном со стороны анодной цепи путем изменения величины переменного напряжения источника питания. Однако данный метод связан с необходимостью регулирования больших токов и высоких напряжений. Поэтому он используется крайне редко.

Широкие возможности для управления тиратроном открывают методы, основанные на подаче в его анодную и сеточную цепи напряжений переменного тока одной частоты. При этом угол зажигания зависит не только от амплитудного значения сеточного напряжения, но и от фазы его относительно фазы анодного напряжения.

При амплитудном методе управления (рис. II.20) необходимо выбрать наивыгоднейший угол сдвига фаз обеспечивающий наибольший диапазон регулирования тока. Целесообразно значение брать в пределах от 90 до 160°, оптимальное значение . При условии, что диапазон регулирования среднего значения анодного тока тиратрона при амплитудном методе управления составляет по отношению к Здесь, таким образом, достигается четырехкратное изменение тока.

При фазовом методе, управляя сдвигом фазы при постоянном амплитудном значении можно изменять угол в пределах почти всего положительного полупериода (рис. 11.20, б). Регулирование среднего значения анодного тока обеспечивается в пределах от 100% до нуля.

Нередко оба метода объединяют. При использовании амплитудно-фазового метода управления тиратроном анодный ток его регулируется изменением фазы сеточного напряжения при постоянной амплитуде и наоборот.

Рассмотрение кривых, поясняющих методы амплитудного и фазового управления тиратроном (рис. 11.20,а и б), показывает, что четкое зажигание тиратрона может быть получено при условии, если амплитуда сеточного напряжения значительно выше максимума кривой зажигания. Однако этого условия недостаточно. Выше отмечалось, что характеристики тиратронов нестабильны, поэтому вместо кривой тиратрон характеризуется некоторой областью зажигания (на рис. 11.20, в эта область заштрихована). В результате

неопределенность момента зажигания тиратрона, связанная с пологостью управляющего сеточного напряжения, усугубляется еще и неоднозначностью, из-за наличия пусковой области между и Р (рис. 11.20, в). Избежать этих недостатков можно, если вместо управляющего напряжения синусоидальной формы использовать напряжение, представляющее собой сумму импульсного напряжения с крутым передним фронтом и отрицательного смещающего напряжения,

Рис. 11.20. Методы управления тиратроном: а — амплитудный; б — фазовый; в — импульсный

Причем должно быть (см. рис. 11.20, в).

В этом случае ширина пусковой зоны не имеет значения, так как точки пересечения кривой управляющего напряжения при крутизне переднего фронта не менее со всеми возможными кривыми зажигания смещаются практически по вертикали и момент зажигания тиратрона сохраняется неизменным. Такой метод управления тиратроном называют импульсным. Здесь при неизменном значении и неизменной амплитуде угол зажигания меняется смещением импульсного напряжения относительно анодного напряжения по фазе. Напряжение смещения — должно надежно запирать тиратрон при отсутствии импульса. Главное требование, предъявляемое к импульсу, — достаточная крутизна переднего фронта.