2.2.8 Газоразрядные (ионные) приборы

Газоразрядными, или ионными, приборами называются элек­тровакуумные приборы, наполненные газом, в которых прохожде­ние тока вызвано не только электронами, но и заряженными час­тицами газа — ионами.

В разреженном газе, наполняющем баллон, всегда имеется не­которое количество свободных электронов и положительных ионов. При подключении прибора к источнику напряжения элек­троны будут двигаться к аноду, а положительные ионы — к ка­тоду. Сталкиваясь с нейтральными молекулами и атомами газа, они вызывают его ионизацию — выбивание электронов из струк­туры атома или молекулы.

В зависимости от величины проходящего через прибор тока различают тихий, тлеющий и дуговой разряды. Ионные приборы работают при тлеющем и дуговом разрядах. При дуговом раз­ряде токи достигают сотен ампер и наблюдается яркое свечение газа.

Этот вид разряда происходит в приборах, называемых газо­тронами, тиратронами, разрядниками. Характерной особенностью всех газоразрядных приборов является небольшое внутреннее сопротивление (единицы и десятки ом).

Стабилитроны и неоновые лампы работают при тлеющем раз­ряде. Такой разряд характеризуется прохождением через лампу тока силой в несколько миллиампер и свечением газа.

Стабилитрон (рис. 2.1», а) представляет собой двухэлектродную лампу, баллон которой наполнен газом — неоном или ар­гоном. Катод стабили­трона имеет форму пусто­телого цилиндра. По оси цилиндра расположен металлический шты­рек — анод. Концы анода закрепляются в слюдя­ных дисках. К катоду при­варивается металличе­ский стержень, облегчаю­щий зажигание стабили­трона.

Если к электродам стабилитрона подклю­чить источник напряже­ния, то при определенной его величине вследствие ионизации газа через стабилитрон будет проходить ток. Особенно­стью стабилитрона является то, что изменение проходящего через него тока в больших пределах не приводит к существенному из­менению падения напряжения на нем. Это свойство используется для стабилизации напряжения.

Неоновая лампа (рис. 2.18,б) представляет собой стеклянный баллон с двумя железными электродами, покрытыми барием. Форма баллонов и электродов различна. Внутри баллона нахо­дится газ — неон. Неоновые лампы могут работать как от посто­янного, так и от переменного тока. Напряжение зажигания со­ставляет 30—160 В. Применяются неоновые лампы в качестве ин­дикаторов, коммутирующих приборов, для определения наличия электромагнитного поля по их свечению и для других целей.

Газотрон — это двухэлектродная газоразрядная лампа (рис. 2.18, в).

Работает газотрон так. Электроны, излученные катодом, дви­гаются к аноду, вызывая ионизацию паров ртути. Ионизация на­ступает при напряжении на аноде газотрона 10—12 В, называ­емом напряжением зажигания. При этом значение тока, прохо­дящего через прибор, резко возрастает. После зажигания газо­трона величина тока практически не зависит от анодного напря­жения и равна ток/ эмиссии.

Газотроны применяются для выпрямления переменного напря­жения в постоянное. По сравнению с кенотронами они имеют более высокий КПД и позволяют получить выпрямленный ток, измеряемый единицами ампер. Помимо ртутных бывают и. газо­наполненные газотроны. В отличие от ртутного баллон такого газотрона наполняется аргоном, а катод делается из торированного молибдена.

Тиратрон представляет собой газонаполненный триод (рис. 2.18, г). Баллон тиратрона может быть наполнен инертным газом, парами ртути или водородом. В зависимости от наполне­ния тиратроны делятся на газонаполненные, ртутные и водород­ные.

Сетка в тиратроне предназначена для управления его зажига­нием. При большом отрицательном напряжении на сетке тира­трон заперт. С уменьшением его до напряжения зажигания в ти­ратроне происходит дуговой разряд. При этом дальнейшее изме­нение напряжения на сетке не влияет на величину анодного тока. Управляющее действие сетки нейтрализуется окружающими ее положительными ионами.

Для прекращения дугового разряда надо уменьшить напряже­ние на аноде тиратрона. Напряжение зажигания тиратрона за­висит от отрицательного напряжения на сетке. Чем больше отри­цательное напряжение на сетке, тем больше напряжение зажига­ния.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие приборы называются газоразрядными?

2. Какие физические процессы происходят в газоразрядных приборах при прохождении тока?

3. Перечислить газоразрядные приборы.

4. Как устроена неоновая лампа и стабилитрон?

5. Как устроен и работает газотрон?

6. Как устроен и работает тиратрон?