Тиратрон: классификация, маркировка, принцип работы

Что такое тиратрон? Обзор электроприбора.

Тиратрон – разновидность электровакуумного (газоразрядного) прибора,  действующего благодаря подаче разноуровневого напряжения по электродам для переключения подачи тока.

Само устройство состоит из герметичного баллона, в который закачан газ, а также вмонтировано не менее трёх электродов. Баллон может быть наполнен:

• инертными газами;
• водородом;
• парами ртути.

Каждый встроенный электрод имеет своё название, исходя из назначения:

• Катод;
• Анод;
• Сетка.

Сетка монтируется посередине между анодом и катодом и применяется как зажигатель газового разряда в анодно-катодной области. Эта область отвечает за фиксацию ионизированных газов, необходимых для передачи электротока.

В ситуациях, когда требуется не только включать и выключать ток, конструкция дополняется ещё одной или даже большим количеством сеток. Любой тиратрон имеет второе название в зависимости от того, сколько сеток вмонтировано в него:

• Одна – триод;
• Две – тетрод;
• Три – пентод и т.д.

Второе название формируется исходя из общего количества электродов в устройстве. Наиболее простой вариант тиратрона – триод – функционирует следующим образом: эффект зажигания происходит, когда сетка получает положительное (относительно катода) напряжение определённого уровня. При условии, что в тот же момент анод обладает аналогично положительным (относительно катода) напряжением, происходит ионизация находящегося внутри газа, что делает возможным проведение тока.

Если сравнивать с вакуумными триодами, то можно отметить следующее: если снять, подаваемое на сетку управляющее напряжение, то разрыв в анодно-катодном пространстве не происходит до тех пор, пока уровень напряжения на анодном электроде не снизится до такой степени, что поддержание разряда станет невозможны. Для этого он должен стать «минусовым».

Существует ещё один вариант разделения тиратронов в зависимости от назначения:

• Маломощные (подходят для использования в качестве индикаторов, а также как устройства, обеспечивающие работу логической части автоматических устройств);
• Мощные (регулируют работу токов большой силы в электроприводах и питающих устройствах).

Современная электроника мало заинтересована  в использовании маломощных тиратронов, поскольку их вполне заменяют полупроводниковые устройства. А вот тиратроны, относящиеся к разряду мощных, используются, чтобы управлять токовыми импульсами с силой до 10 000 Ампер при напряжении в 50 000 Вольт.

Классификация тиратронов

ТТР – тиратрон тлеющего разряда

Данная разновидность тиратронов характеризуется тем, что ионизация газа внутри баллона осуществляется при помощи тлеющего разряда. Как наполнитель здесь используются именно инертные газы (это же относится и к стабилитронам тлеющего разряда). Анод представляет собой металлический цилиндр, в котором расположена тонкая проволочная петелька – катод, на который нанесено специальное покрытие, делающее зажигание более простым. Кроме того, поверх катода расположен меньший, чем анод цилиндр из металла, который выполняет роль сетки.

Рис.1: Конструкция тиратрона МТХ-90

В подобных тиратронах катод не нагревается, поскольку в этом нет необходимости, отсюда другое их обозначение – тиратроны с холодным катодом. ТТР входят в группу маломощных тиратронов, наиболее часто используются как индикаторы (в равной степени успешно действуя как одиночный элемент и как составляющая матричной аналогово-цифровой панели)или инструменты реализации логических функций. При особом сочетании электродов управления и газоразрядных трубок даёт возможность добиться при помощи тиратрона целого ряда логических функций, в том числе «И», «ИЛИ», «ЗАПРЕТ», «ЗАДЕРЖКА». В независимости от того, как именно сконструирован прибор для любого тиратрона является выполнимой задачей выполнять функции запоминающей ячейки, индикатора, ключа (регулирующего силу тока) и нормализатора сигналов.

Существуют некоторые различия в том, как в тиратронах подаётся управляющий сигнал:

• При помощи тока (на триодах);
• При помощи напряжения (на тетродах):
  • С помощью положительного напряжения;
  • С помощью отрицательного напряжения.

Если вспомнить серию отечественных телевизоров ЛТ-47-III, то в них также были использованы ТТР как задающие генераторы кадровой развёрстки. Однако, эта разработка была не очень удачной и кадровая синхронизация не отличалась надёжностью. В результате тиратроны были заменены на электронные лампы.

Индикаторный тиратрон

Индикаторные тиратроны интересны тем, что относятся к категории устройств в большей степени пригодных не для управления электрическими цепями, а для выполнения индикационной функции. Для тех же целей предназначены и неоновые лампы, однако, в противовес им индикаторные тиратроны пригодны для взаимодействия с пониженным уровнем напряжения. Кроме того, они могут фиксировать своё состояние, чтобы разгрузить систему управления, с которой они взаимодействуют, и дать ей возможность выполнять другие задачи. В эту группу также входят люминофорные модели, которые характеризуются достаточно большим разнообразием цветового спектра.

Конечно, для выполнения индикационных функций пригодны почти любые ТТР с необходимыми характеристиками и баллоном из прозрачного материала, но более энергетически и эстетически выгодно воспользоваться моделями тиратронов, которые специально предназначены для этих целей.

К числу отечественных индикаторных тиратронов относятся следующие модели:

• МТХ-90 (триод)

Тиратрон данной модели применяется как комплектующая приборов ж/д автоматики, а именно как элемент блоков выдержки времени:штепсельного малогабаритного и стабилитронного штепсельного. Также может использоваться как составляющая релаксационных генераторов;как элемент генераторов высокого напряжения, обеспечивающих работу ионизаторов воздуха; как источник освещения и активно действующий элемент в релаксационных генераторах фототерапевтических устройств; как комплектующая сенсорных приборов.

• ТХ5Б (тетрод);
• ТХ16Б (пентод);
• ТХ17Б (пентод, даёт зелёное свечение);
• ТХ18А (триод)
• ТХ19А (гексод, даёт свечение)
  • ТХ19АЖ — жёлтое свечение;
  • ТХ19АЗ — зелёное свечение;
  • ТХ19АК — красное свечение.
• ТХИ2С (тетрод);
• ИТС1(гектод, даёт зелёное свечение).

Тиратрон с накалённым катодом

Другое название – тиратрон дугового разряда (ТДР). По сравнению с ТТР, у которых конструкция требует наличия холодного катода, тиратроны данного вида демонстрируют противоположную картину и функционируют с применением катода, находящегося на электрообогреве. В качестве рабочей среды в ТДР используются неоновые, ксеноновые, криптон-ксеноновые наполнители, аргоново-ртутные смеси, а также ртутные пары. Возникновение дугового разряда в тиратронах с накалённым катодом возможно только в условиях пониженного давления при содействии катодной термоэлектронной эмиссии. В ТДР применяются катоды прямого накала, для формирования которых была использована металлическая лента. Витки ленты обязательно требуется расположить особым образом, так, чтобы движение ионизированного газа было ориентировано в направлении параллельном плоскости ленты. Такой подход необходим для того, чтобы поверхность катода не разрушалась и служила максимально долго. Питание, подогревающее катод обладает довольно незначительным (до 5 вольт) уровнем напряжения, это обстоятельство обусловлено тем, что напряжение более высокого уровня может произвести зажигание не в той точке, а именно – между катодных выводов. Такую ситуацию обычно обозначают как пробой катода.

Рис.2: Тиратрон с водородным наполнением

ТДР являются мощными тиратронами, следовательно, применяются как средство контроля больших токов. Прежде они были наиболее распространены в сфере промышленной электроники и электротранспорта, например, как компонент управляемого выпрямителя или силового коммутатора. На сегодняшний день эту нишу практически полностью заняли тиристоры, которые в равной степени пригодны для выполнения подобных задач. Ещё один значимый момент заключается в том, что для наполнения мощных тиратронов наиболее широко применяли пары ртути, а на сегодняшний день подобные устройства отнесены к разряду опасных для жизни и здоровья и изъяты из производства. В нынешнее время достаточно актуальным остаётся только выпуск наполненных водородом тиратронов, которые способны контролировать токи чрезвычайной силы в условиях крайне высокого напряжения. Тиристоров же, способных выполнять подобные задачи, не существует. Помимо прочего, широко распространено использование водородных тиратронов в качестве коммутирующих ключей линейных модуляторов.

Маркировка

1. ТГ – в конструкции использован накалённый катод, в качестве наполнителя применяется инертный газ;
2. ТГИ— тиратрон импульсного типа с преимущественно водородным наполнителем;
3. ТР— накалённый катод и ртутный наполнитель;
4. ТГР— накалённый катод, смешанный наполнитель (газ + ртуть);
5. ТХ, МТХ— модели относящиеся к ТТР;
6. ТПИ — полый катод;
7. ТДИ — дуговая форма разряда.