По способу получения положительных ионов различают разряды: самостоятельный, возникающий под действием электрического поля, и несамостоятельный, для поддержания которого, кроме электрического поля, нужен внешний источник энергии, обеспечивающий начальную ионизацию. По плотности тока в разрядном промежутке различают темный, тлеющий и дуговой разряды.
Схема включения ионного прибора и вольт-амперная характеристика электрического разряда приведены на рис. 1,а, б.
Недостатками вакуумных и ионных приборов являются: небольшой срок службы, большое внутреннее сопротивление, а следовательно, и большое падение напряжения; необходимость стабилизации тока накала.
Рис. 1. Газоразрядный прибор
Неоновая лампа
Неоновая лампа — газосветный прибор тлеющего разряда, имеет два электрода различной формы, помещенных в газонаполненный баллон. Разряд неоновой лампы происходит при токах небольшой величины и сравнительно больших напряжениях. Начальная ионизация здесь происходит под действием внешних факторов (радиоактивных излучений, космических лучей и т. д.). При увеличении напряжения между электродами до 60—220 В (напряжение зажигания) свободные электроны начальной ионизации разгоняются до скоростей, достаточных для ионизации газа, поэтому процесс ионизации протекает лавинообразно.
Величина тока разряда ограничивается балластным резистором до 10—20 мА (см. рис. 1,а). После зажигания лампы на ее электродах устанавливается постоянное напряжение горения Uг, которое несколько меньше напряжения зажигания. Неоновые лампы, дающие оранжево-красное свечение, используют как сигнальные, их можно применять также как переключающие элементы.
Стабилитрон
Стабилитрон конструктивно отличается от неоновой лампы. Катод выполнен в виде цилиндра, с внутренней стороны его приварена никелевая проволока. Анод расположен по оси цилиндра (рис. 2, а). Тлеющий разряд возникает сначала между проволокой и анодом, затем, когда концентрация ионов в межэлектродном пространстве повысится, он переходит на основной катод. Принцип стабилизации напряжения заключается в том, что напряжение на ограничительном резисторе Rв может быть определено из выражения:
Стабилитроны выполняют на стандартные величины стабилизированных напряжений, маркируют буквами СГ — стабилизатор газовый. Стабилитроны могут быть выполнены на несколько значений стабилизированных напряжений. В этом случае между катодом и анодом располагают несколько электродов, потенциалы которых определяются потенциалами соответствующих точек межэлектродного пространства (рис. 2, в, г).
Декатрон
Декатрон — газоразрядный прибор с холодным катодом, имеет один анод и десять симметрично расположенных вокруг него катодов. Разряд поддерживается между анодом и одним из катодов. Управляющими импульсами разряд может переводиться с одного катода на другой. Применяют декатрон в цифровых приборах.
К приборам с несамостоятельным разрядом относятся газотрон и тиратрон с подогревным катодом (рис. 3).
Рис. 2. Ионные приборы
Рис. 3. Ионные приборы: газотрон (I), его условное обозначение (II) и вольт-амперная характеристика (III); б — тиратрон (I), его анодно-сеточная (II) и вольт-амперная (III) характеристики
Газотрон
Газотрон является вентильным прибором, пропускающим большие токи в одном направлении. Это двухэлектродная лампа дугового разряда, баллон которой заполнен парами ртути или криптон-ксеноновой смесью при давлении 0,01—0,5 мм рт. ст. Аноды изготовляют из графита или никеля, катоды — в виде оксидированной вольфрамовой спирали.
При включении накала катод разогревается и начинает эмиттировать электроны. Если на анод подать положительный потенциал (положительная полуволна), электроны начнут двигаться к аноду, сталкиваться с молекулами наполнителя и ионизировать их. Этот процесс нарастает лавинообразно и приводит к дуговому разряду. Внутреннее сопротивление газотрона резко падает, и падение напряжения Uгор на нем, даже при больших анодных токах, оказывается равным 10—12 В. При переходе от положительного полупериода к отрицательному (на аноде — минус) дуговой разряд прекращается, но если обратное напряжение станет выше допустимого, газотрон может пробить и вентильные свойства его нарушатся. Обозначение газотронов: ГГ1 —газотрон газонаполненный, ГР1 — газотрон с ртутным наполнением. Применяются как выпрямители.
Тиратрон
Тиратрон в отличие от газотрона имеет третий электрод — управляющую сетку и по сути представляет собой газонаполненный триод. Если на сетку тиратрона подать значительный отрицательный потенциал, то даже при наличии анодного напряжения тиратрон не зажжется.
При уменьшении отрицательного потенциала сетки в какой-то момент наступает зажигание тиратрона, внутреннее сопротивление его падает, а ток, протекающий через тиратрон, возрастает. Момент зажигания зависит от соотношения между напряжениями на аноде и на сетке.
Процесс зажигания тиратрона зависит от многих факторов (температуры, внешних излучений и т. д.), поэтому пусковая характеристика представляется в виде некоторой пусковой области.
Точки, расположенные выше пусковой области, определяют зажженное состояние тиратрона. Таким образом, регулируя напряжение на сетке, можно регулировать величину выпрямленного напряжения, поэтому тиратрон называют управляемым вентилем.
Тиратроны с подогревными катодами маркируют: ТГ1 — газонаполненный, ТР1 — с ртутным наполнением. Тиратроны с холодными катодами (МТХ) являются приборами тлеющего разряда.
Для устранения недостатков трехэлектродные тиратроны можно выполнять многосеточными. Применяют их как выпрямители с регулированием величины выпрямленного напряжения.
