Thyratron - Thyratron
En tyratron är en typ av gasfylld rör som används som en högeffekts elektrisk strömbrytare och styrd likriktare . Thyratrons kan hantera mycket större strömmar än liknande hårda vakuumrör. Elektronmultiplikation sker när gasen blir joniserad, vilket ger ett fenomen som kallas Townsend -urladdning . Gaser som används inkluderar kvicksilverånga , xenon , neon och (i speciella högspänningsapplikationer eller applikationer som kräver mycket korta omkopplingstider) väte . Till skillnad från ett vakuumrör (ventil) kan en tyratron inte användas för att förstärka signaler linjärt.
På 1920-talet, var tyratroner härledda från tidiga vakuumrör såsom UV-200, som innehöll en liten mängd av argongas för att öka dess känslighet såsom en radiosignaldetektor, och den tyska LRS reläröret, som också innehöll argongas. Gas likriktare , som föregick vakuumrör, såsom argon-fyllda General Electric " Tungar bulb " och Cooper-Hewitt- kvicksilver-pool likriktare , tillhandahålls också en påverkan. Irving Langmuir och GS Meikle från GE brukar citeras som de första utredarna som studerade kontrollerad rättelse i gasrör, cirka 1914. De första kommersiella tyratronerna dök upp omkring 1928.
Termen " tyristor " härleddes från en kombination av "tyratron" och " transistor ". Sedan 1960-talet har tyristorer ersatt tyratroner i de flesta låg- och medeleffektapplikationer.
Beskrivning
Tyratroner liknar vakuumrör både i utseende och konstruktion men skiljer sig åt i beteende och driftsprincip. I ett vakuumrör domineras ledningen av fria elektroner eftersom avståndet mellan anod och katod är litet jämfört med elektronernas genomsnittliga fria väg . En tyratron, å andra sidan, är avsiktligt fylld med gas så att avståndet mellan anod och katod är jämförbart med den genomsnittliga fria vägen för elektroner. Detta gör att ledningen i en tyratron domineras av plasmakonduktivitet . På grund av den höga konduktiviteten hos plasma kan en tyratron växla högre strömmar än vakuumrör som begränsas av rymdladdning . Ett vakuumrör har fördelen att konduktiviteten kan moduleras när som helst medan en tyratron fylls med plasma och fortsätter att leda så länge en spänning finns mellan anoden och katoden. En pseudospark -switch fungerar i en liknande regim av Paschen -kurvan som en tyratron och kallas ibland för en kall katodtyratron.
En tyratron består av en varm katod , en anod och ett eller flera styrgaller mellan anoden och katoden i ett lufttätt glas- eller keramikhölje som är fyllt med gas. Gasen är vanligtvis väte eller deuterium vid ett tryck av 300 till 500 m Torr (40 till 70 Pa ). Kommersiella tyratroner innehåller också en titanhydridreservoar och en reservoarvärmare som tillsammans bibehåller gastrycket under långa perioder oavsett gasförlust.
Ledningsförmågan hos en tyratron förblir låg så länge som styrnätet är negativt i förhållande till katoden eftersom nätet stöter bort elektroner som avges av katoden. Rymdladdningsbegränsad elektronström strömmar från katoden genom styrnätet mot anoden om nätet görs positivt i förhållande till katoden. Tillräckligt hög rymdladdningsbegränsad ström initierar Townsend -urladdning mellan anod och katod. Den resulterande plasman ger hög konduktivitet mellan anod och katod och begränsas inte av rymdladdning. Konduktiviteten förblir hög tills strömmen mellan anod och katod sjunker till ett litet värde under tillräckligt lång tid för att gasen ska sluta joniseras . Denna återhämtning process tar 25 till 75 μ s och gränser tyratron repetitionsfrekvenser till ett fåtal k Hz .
Ansökningar
Tyratroner med låg effekt ( relärör och triggerrör ) tillverkades för styrning av glödlampor, elektromekaniska reläer eller solenoider, för dubbelriktade räknare, för att utföra olika funktioner i Dekatron-räknare , för spänningströskeldetektorer i RC- timers, etc. Glödtyratroner optimerades för hög gasurladdningsljuseffekt eller till och med fosforiserad och används som självvisande skiftregister i storformat, genomsökande textmatrisdisplayer .
En annan användning av tyratron var i avslappningsoscillatorer . Eftersom plattans tändspänning är mycket högre än avstängningsspänningen uppvisar röret hysteres och med en kondensator tvärs över det kan det fungera som en sågtandoscillator. Spänningen på nätet styr nedbrytningsspänningen och därmed oscillationsperioden. Thyratron -relaxationsoscillatorer användes i effektomformare och oscilloskop svepkretsar.
En miniatyr -tyratron, trioden 6D4, fann ytterligare användning som en kraftig ljudkälla , när den drivs som en diod (rutnät bunden till katod) i ett tvärgående magnetfält. Tillräckligt filtrerat för "planhet" (" vitt brus ") i ett intresseband, sådant brus användes för att testa radiomottagare, servosystem och ibland i analog dator som en slumpmässig värdekälla .
Miniatyr RK61/2-tyratron som marknadsfördes 1938 var speciellt utformad för att fungera som en vakuumtriode under dess tändspänning, så att den kunde förstärka analoga signaler som en självsläckande superregenerativ detektor i radiokontrollmottagare , och var den stora tekniska utvecklingen som ledde till krigstidens utveckling av radiostyrda vapen och den parallella utvecklingen av radiostyrd modellering som en hobby.
Vissa tidiga tv -apparater, särskilt brittiska modeller, använde tyratroner för vertikala (ram) och horisontella (linje) oscillatorer.
Medelstora tyratroner hittade applikationer i maskinstyrda motorstyrenheter, där tyratroner, som fungerar som fasstyrda likriktare, används i verktygets ankarregulator (noll till "bashastighet", "konstant vridmoment" -läge) och i verktygets fältregulator ( "bashastighet" till ungefär två gånger "bashastighet", "konstant hästkrafter" -läge). Exempel inkluderar Monarch Machine Tool 10EE svarv, som använde tyratroner från 1949 tills solid-state-enheter ersatte dem 1984.
Tyratroner med hög effekt tillverkas fortfarande och kan användas upp till tiotals kiloampere (kA) och tiotals kilovolt (kV). Moderna tillämpningar inkluderar puls drivrutiner för pulsad radar utrustning, hög energi gaslasrar , strålbehandlingsanordningar, partikelacceleratorer och i Tesla spolar och liknande anordningar. Tyratroner används också i högeffekts UHF- TV- sändare , för att skydda induktiva utmatningsrör från interna kortslutningar , genom att jorda den inkommande högspänningsförsörjningen under den tid det tar för en strömbrytare att öppna och reaktiva komponenter för att tömma sina lagrade laddningar. Detta kallas vanligtvis en kofotkrets .
Tyratroner har ersatts i de flesta låg- och medeleffektapplikationer med motsvarande halvledaranordningar som kallas tyristorer (ibland kallade kiselstyrda likriktare eller SCR) och triacs . Växlingstjänst som kräver spänningar över 20 kV och som involverar mycket korta ständigheter förblir dock inom tyratrons område.
Varianter av tyratronidén är krytronen , sprytronen , ignitronen och det utlösta gnistgapet , som alla fortfarande används idag i speciella applikationer, till exempel kärnvapen (krytron) och AC/DC-AC-kraftöverföring (ignitron).
Exempel på en liten tyratron
Den 885 är en liten tyratron rör, med användning av argon gas. Denna enhet användes flitigt i tidbaserade kretsar av tidiga oscilloskop på 1930 -talet . Det användes i en krets som kallades en relaxationsoscillator . Under andra världskriget användes små tyratroner som liknade 885 i par för att konstruera bistabler , "minnescellerna" som används av tidiga datorer och kodbrytande maskiner. Tyratroner användes också för fasvinkelkontroll av växelström (AC) strömkällor i batteriladdare och ljuddämpare , men dessa hade vanligtvis en större strömhanteringskapacitet än 885. 885 är en 2,5 volt, 5-polig baserad variant av 884/6Q5.
Anteckningar
Referenser
- Stokes, John, 70 Years of Radio Tubes and Valves, Vestal Press, NY, 1982, s. 111–115.
- Thrower, Keith, History of the British Radio Valve till 1940, MMA International, 1982, sid. 30, 31, 81.
- Skrov, AW, "Gasfyllda termionventiler", Trans. AIEE, 47, 1928, s. 753–763.
- Data för 6D4 -typ, "Sylvania Engineering Data Service", 1957
- JD Cobine, JR Curry, "Electrical Noise Generators", Proceedings of the IRE, 1947, sid. 875
- Handbok för radio och elektroniskt laboratorium, MG Scroggie 1971, ISBN 0-592-05950-2