|
| |
|
Ipari célokat szolgáló berendezésekben gyakorta szükséges a tekintélyes áramerősségek szabályozása, kapcsolása, egyenirányítása. Erre a célra a hagyományos vákuumcsövek nem, vagy csak kevéssé alkalmasak. Ezeket a feladatokat a teljesítmény félvezetők megjelenése előtt, illetve olyan helyeken ahol még nem helyettesíthetők félvezetőkkel a gáztöltésű csöveket alkalmazták. Gazotron Az izzókatódos gáztoltésű egyenirányító diódát nevezik gazotronnak. Közvetett vagy közvetlen fűtésűek lehetnek és egy vagy több anódot tartalmaznak. A töltésük higany és kisnyomású nemesgáz (hélium, argon, xenon). A csövön áram csak akkor folyhat ha a katódhoz képest az anód pozitív. Kis anódfeszültség hatására a csőben csekély áram folyik, mivel az anód felé haladó elektronok sebessége nem elegendő, hogy ütközéskor ionizációt hozzanak létre (10V < UA < 12V). Ha az anódfeszültség eléri az Ugy gyújtófeszültség értékét, hirtelen több nagyságrendel nagyobb áram folyik, aminek értékét a külső korlátozó ellenállás szabja meg. A gyújtófeszültség elérésekor az izzókatódból kilépő elektronok az anód felé haladva már elég nagy sebességre tesznek szert ahhoz, hogy ionizálják a higanygőzt. A cső katódja és anódja között a kisülési térben plazma keletkezik. Stacionárus állapotban a plazmában az elektronok száma állandó, a katódból annyi elektron távozik a plazmába, mint amennyi a plazmából az anódra. A fölösleges elektronok pedig a katód körül elektronfelhőt létesítenek. Ez az elektronfelhő visszatartja a katódból kilépő kissebességű elektronokat, másrészt a plazmával határos részekről a plazma pozitív ionjait magához vonza, ugyanakkor a plazma elektronjait eltaszítja az anód felé, így a plazmának az elektronfelhő felöli részén pozitív ionfelhő jön létre. Az így létrejött feszültségkülönbség a katódesés. Ha növeljük a gáztöltésű dióda anódáramát, a plazmába átmenő elektronok csökkentik az elektronfelhőt, az ionfelhő mindaddig közeledik a katódhoz, amíg az anódáram egyenlő nem lesz a katód emissziós áramával. Ekkor a pozitív ionok a negatív elektronok álltal okozott tértöltést semlegesítik. Az anódáramot most már csak úgy lehet növelni, ha növeljük a katód emisszióját, az elektródák közötti feszültségkülönbség növelésével.  A higany kis ionizációs feszültsége miatt a katód fűtőfeszültsége általában 5V alatt van. Nagyobb fűtőfeszültség esetén ívkisülés jöhet létre a katód két vége között. A katód aktiválásakor 50%-kal megemelik a fűtés feszültségét. ( Uf max= 10,39/(1,5·√2)≈5V. ) Mivel a katódfelfűtése a kis feszültség miatt csak nagy árammal lehetséges ezért a közvetlen katódokat kisellenállású, bifilláris spirálissá csavart huzalból vagy szallagból készítik.A katód negatív elektronfelhőjét a pozitív ionok által okozott tértöltés túl is kompenzálja, így a nagyteljesítményű, közvetlen fűtésű gazotronok oxidkatódjai gazdaságosan készíthetők. A nagy térerősség a katód üreges részeiből is képes kiszivattyúzni az elektronokat és így a katódok hőveszteség szempontjából nagyon előnyös alakúra képezhető ki. A nagy teljesítményű gazotronok katódját hengerelakú árnyékoló dobozzal veszik körül, amely csökkenti a hősugárzási veszteséget, gyengíti a katód ionbombázását, a katódból kilépő elektronok nem tudnak a ballon falára kerülni és így a ballon átütésének a veszélye elkerülhető. A fűtőfeszültség ingadozása károsan befolyásolja az üzemi karakterisztikát. Kisebb fűtőfeszültség a katód emissziósképességét csökkenti, ami növeli a cső üzemi feszültségét. A fűtőfeszültség ingadozása +10%és -5% közötti lehet. Záró irányú feszültség keletkezésekor a negativ félperiódusba való átmenetnél az ív kialszik, azonban az elektronok és az ionok nem tünnek el rögtön a kisülési térből. Egy részük semlegesítődik, másik részük pedig az elektródák felé halad. Ha a záróirányú, negatív anódfeszültség gyorsan nő, fel tudja annyira gyorsítnai a pozitív ionokat, hogy azok az anódból elektronokat bombázzanak ki. A keletkező elektronok ionizációt idéznek elő és a cső visszagyújt, vagy is elveszti egyenirányító tulajdonságát.  A visszagyújtás nagymértékben függ a záróirányú feszültség nagyságától, a deionizációs időtől, a csőben levő gázsűrűségétől az anód anyagától és tisztaságától. A katódtérben levő higany nagy hőmérséklete növeli a gázsűrűséget, mert nagyobb számú ion bombázza záróperiódusban az anódot és így növeli a visszagyújtást. A gazotron előéleténél nagyon fontos szempont, hogy ha a cső huzamosabb ideig használaton kívűl volt vagy szállításakor erős rázkódásnak volt kitéve, a folyékony higany rákerül az anódra és visszagyújtást idéz elő. Ezért az első üzembehelyezéskor a csövet a névleges fűtőfeszültségen, de anódfeszültség nélkül járatják mindaddig, amig a higany lekondenzál a cső alső, hideg részébe.Tirátron  Az olyan izzókatodos gáztöltésű csövet, amely az anódon és a katódon kívűl más elektródát, rácsokat is tartalmaz, tirátroncsőnek nevezünk. Amig a katódból kilépő elektronok sebessége nem elegendő az ionizáció létrehozásához, a tirátron rácsfeszültsége ugyanúgy hat az elektronok mozgására, mint a vevőcsöveknél. Nagy negatív rácsfeszültség mellett az elektronok még nagy anódfeszültség esetén sem tudnak behatolni a rács és az anód közötti térbe, ahol fel tudnának gyorsulni, így nem jöhet létre ionizáció. A rácsfeszültség csökkenésével elérhető, hogy az anód által létrehozott erőtér a rács nyílásain keresztűl hat a katód előtti térben lévő elektronokra, azokat képes átvinni a rács nyílásain keresztül, amelyek most már a rács-anód közötti térben fel tudnak gyorsulni az ionizáció létrehozásához szükséges energiaszintre. Ekkor a tirátron anódárama hirtelen több nagyságrendel felugrik arra az értékre, amelyet gyakorlatilag az anódfeszültség és az anódellenállás értéke szab meg. Ezután a rács vezérlő hatása megszűnik, mivel a negatív feszültségű rács a plazmából pozitív ionokat vonz magához, és ebben az ionfelhőben elvész a rács és a plazma közötti potenciálkülönbség. Az a rácsfeszültség, amelynél a tirátron begyújt, a kezdeti anódfeszültségtől függ. Az alacsonyabb anódfeszültséghez kisebb rácsfeszültség tartozik, amelynél bekövetkezik a gyújtás.   A gyújtás bekövetkeztével a plazmából a rácsfelé haladó ionok nagy rácsáramot hoznak létre, ezért a rácskörbe a gyakorlati felhasználás során 1k...100kΩ nagyságrendű védőellenállást iktatnak be. A nagy rácsáram miatt a tirátron vezérléséhez lényegesen nagyobb vezérlőteljesítmény szükséges, mint az elektroncső vezérléséhez. A sűrűrácsú tiratron begyújtásához pozitív rácsfeszültség kell. Mivel ez jeletős teljesítményt is igényel a rácsot meghajtó fokozattól, ezért a ritkábbrácsú tirátronok terjedtek el.A pozitív félperiódus végén, amikor a kisülés megszűnik, a rács a vezérlőhatását akkor nyeri vissza, amikor a deionizáció megtörtént. A rács vezérlőhatását különböző okok zavarhatják: a deionizációs idő (higanytöltés esetén 100...300µs közötti) a hőmérséklettől erőssen függ. Ezért az ilyen tirátronokat 1kHz fölött nem lehet hesználni. Nemesgáz töltés mellett a deionizációs idő rövidebb és nem annyira hőmérséklet függő. A rács vezérlő hatását nagyon zavarhatja, ha az anód és a rács között önfenntartó kisülés jön létre. Az anód a váltakozó feszültség pozitív félperiódusában, amikor még a rács vezérlőhatása a katód felé érvényesül, vagyis lezárva tartja a csövet, a rács átveheti a katód szerepét. A kisülés megindulását elősegíti a rács termikus emissziója és a rács nagy gáz-, ill. gőznyomása. A kisülés megindulásakor keletkező pozitív ionok a rácsra repülnek és az ionfelhővel borított rács elveszti vezérlő hatását. Ha a rácsellenállás nem elég nagy, a ködfénykisülés ívkisülésbe mehet át. Ez az oka, hogy a megengedhető anódfeszültség értékét nem csak a negatív anódfeszültségnél bekövetkező visszagyújtás miatt korlátozzák, hanem az anód-rács között esetleg bekövetkező gyújtás miatt is. Ezen árnyékolt rácsú kialakítással igyekeznek segíteni. Az árnyékolórács előfeszítésével a gyújtási karakterisztika balra tolódik. A higanygőztöltésű tirátronok maximális anódfeszültsége 3...5kV, a nemesgáz töltésűeké 500V. A tirátronok fűtésére és egyéb üzemi adataikat tekintve a gazotronnál elmondottak érvényesek. |
| [1] Mészáros Sándor, Garai László: | Különleges Elektroncsövek (Műszaki Könyvkiadó 1982 621.3.032.9) |