Что такое тиратрон и как он работает
Тиратрон представляет собой газоразрядный прибор с управляющим электродом (сеткой) и холодным или подогреваемым катодом. Его ключевая особенность заключается в способности управлять моментом зажигания разряда в газовой среде — будь то тлеющий или дуговой разряд. Однако после начала разряда сетка теряет контроль над анодным током. Для его прекращения необходимо снизить напряжение на аноде ниже уровня, необходимого для поддержания разряда. С появлением и развитием полупроводниковых технологий тиратроны, ранее широко применявшиеся в реле, выпрямителях и преобразователях, были в значительной степени вытеснены. Тем не менее, импульсные тиратроны (ИТ) сохранили свою актуальность и активно используются для формирования мощных токовых импульсов.
Принцип действия импульсного тиратрона
Работа ИТ начинается с подачи на управляющую сетку импульса напряжения в 100–300 В. Это вызывает вспомогательный разряд в промежутке между катодом и сеткой. По мере нарастания концентрации заряженных частиц и тока сетки, на который начинает влиять поле анода, запускается быстрый процесс (длящийся десятки наносекунд) формирования плазмы дугового разряда между катодом и анодом. В результате ток через анод резко возрастает, напряжение на приборе падает, и тиратрон переходит в открытое состояние.
В типичном режиме работы разряд в ИТ зажигается периодически, синхронно с частотой следования управляющих импульсов на сетке. Каждое срабатывание приводит к разряду формирующей линии через нагрузку. Во время этого процесса напряжение на тиратроне снижается ниже потенциала поддержания дуги, что вызывает его закрытие. Таким образом, нагрузка питается серией периодических импульсов тока.
Характеристики и параметры импульсных тиратронов
Современные ИТ способны генерировать импульсы тока длительностью от 0,1 микросекунды до 6 микросекунд и более, с амплитудой от 1 до 5000 Ампер (при малых длительностях) и частотой повторения до 30 кГц. Их коэффициент полезного действия чрезвычайно высок и достигает 95–98%. Эти приборы отличаются высокой надежностью, малым временем восстановления и отличной стабильностью момента зажигания. Анодное напряжение мощных моделей может доходить до 100 кВ. В качестве рабочего газа в ИТ чаще всего используется водород, дейтерий или их смеси при давлении 25–95 Н/м².
Тиратроны тлеющего разряда и их применение
Для работы на малых токах (10–50 мА) и при низких анодных напряжениях (150–300 В) применяются тиратроны тлеющего разряда (ТТР). Они могут иметь одну или несколько сеток и управляться как напряжением, так и током. Основными ограничениями ТТР являются значительное время восстановления и высокая инерционность, что сужает область их применения преимущественно до низкочастотных устройств вычислительной техники, автоматики и физических экспериментов.
Особой и перспективной разновидностью являются индикаторные ТТР, используемые для визуального отображения информации. Их уникальная особенность — возможность управления зажиганием с помощью низковольтных сигналов. Это позволяет легко интегрировать их в схемы совместно с транзисторами и микросхемами.
Конструктивное исполнение
Промышленность выпускает тиратроны в различных конструктивных вариантах: металлокерамическом, металло-стеклянном и полностью стеклянном, что позволяет выбирать приборы, оптимально подходящие для конкретных условий эксплуатации и требований по надежности.