Приборы дугового несамостоятельного разряда

Начало развития дугового разряда кладут электроны, эмитируемые накаленным катодом. Ускоряясь на выходе из катода анодным положительным полем, электроны ионизируют на своем пути атомы либо молекулы газа или пара, создавая при этом положительные ионы и вторичные электроны.

Разряд является несамостоятельным, так как энергия для эмиссии электронов сообщается катоду от внешнего источника тока. С прекращением накала катода разряд гаснет.

К классу приборов дугового несамостоятельного разряда относят приборы с накалённым катодом. Простейшей разновидностью их являются двухэлектронные приборы, названные газотронами.

Газотрон

Газотрон — это простейший прибор дугового разряда. Внутри колбы газотрона, заполненной инертным газом (аргон, гелий, ксенон) или парами ртути, размещены два электрода — катод и анод (см. рис. 4). Конструкция прибора та­кова, что дает возможность при сравнительно небольших анодных напряжениях получать режим-дугового разряда, минуя фазу тлеющего разряда.

Рис. 4. Устройство газотрона

Вольт-амперная характеристика газотрона представлена на рисунке 5.

Рис. 5. Вольт-амперная характеристика газотрона

До возникновения разряда в газотроне наблюдается чисто электронный ток (участок ОА), который растет при увеличении так же, как в обычном вакуумном диоде. Но электронам мешают двигаться атомы газа. Поэтому электронный ток очень мал и практического значения не имеет. Если при снятии характеристики не включен достаточно чувствительный прибор для измерения электронного тока, то последний остается незаметным и точка возникновения разряда А располагается на оси напряжения.

Возникновение дугового разряда происходит при напряжении U_В, которое обычно незначительно больше напряжения ионизации. Например, для ртутных газотронов оно составляет около 10 В. Так как газотрон, подобно всем ионным приборам, включается обязательно через ограничительный резистор R_ОГР, то после возникновения разряда за счет появившегося тока возникает падение напряжения на R_ОГР и, напряжение на газотроне несколько снижается.

При дальнейшем увеличении напряжения E_А ток в газотроне растет, а падение напряжения на нем U_А меняется незначительно, хотя и не остается таким постоянным, как в стабилитронах.

Относительное постоянство напряжения на газотроне получается не за счет режима нормального катодного падения. В газотронах площадь катода не изменяется, но при возрастании тока сопротивление прибора постоянному току R₀ уменьшается, так как растет количество свободных электронов и ионов. Кроме того, увеличивается и приближается к катоду положительный заряд ионов, что равносильно уменьшению расстояния анод–катод.

Если ток в газотроне увеличивать свыше максимального значения I_а.макс, то падение напряжения на приборе растет (область правее точки С на рис. 5 ). Подобный режим является недопустимым. При таких больших токах сопротивление R₀ снижается не так значительно и падение напряжения U_а= I_а R₀ возрастает.

Основное свойство газотрона — односторонняя прово­димость. Если к его аноду приложено отрицательное на­пряжение (относительно катода), то дуговой разряд пре­кратится. Однако следует отметить, что через газотрон все-таки пойдет (хотя и незначительный) ток обратного направления, обусловленный наличием небольшого коли­чества электронов и ионов на участке анод — катод. Это напряжение называют обратным. Таким образом, газотрону свойственна односторонняя проводимость, то есть в одном направлении он пропускает ток намного лучше, чем в дру­гом. Тем не менее если отрицательное напряжение на аноде превысит определенную величину, то в газотроне возник­нет тлеющий разряд от анода к катоду, который может перейти в дуговой разряд.

Обратное напряжение U_обр значительно больше на­пряжения зажигания U_з поэтому свойство односторонней проводимости позволяет использовать газотрон в устройст­вах преобразования переменного тока в постоянный — в выпрямителях.

Значительно более широко, чем газотроны, применяются тиратроны.