происходить лишь при условии увеличения удельной эмиссии, а это может получиться лишь вследствие большой скорости движения ионов к катоду. Поэтому дальнейший рост силы тока может происходить лишь при увеличении напряжения, что соответствует переходу к режиму аномального тлеющего разряда. Таким образом, вертикальный участок характеристики имеет тем большую протяженность, чем больше поверхность катода.

Лампа тлеющего разряда представляет собой стеклянный баллон, содержащий два металлических электрода и наполненный инертным газом с давлением порядка 10 10 мм рт. ст. Выбор инертного газа исключает химическое взаимодействие между газом и материалом электродов, которое привело бы к жестчению лампы, т. е. к понижению давления газа в ней. Выбор давления определяется необходимостью обеспечить режим тлеющего разряда. Тлеющий разряд сопровождается свечением газа. Цвет этого свечения зависит от рода газа; гелий светится синим светом, неон - краснооранжевым, аргон - сиреневым и т. д. Поэтому одним из применений тлеющего разряда являются сигнальные лампы и газосветные трубки для рекламных и иллюминационных световых устройств. Сигнальные лампы всегда наполняются неоном (неоновые лампы), так как краснооранжевый цвет свечения неона воспринимается на большем расстоянии, чем другие цвета. Для ламп тлеющего разряда характерно бе-зинерционное изменение яркости, пропорциональное силе тока разряда. Это свойство полезно там, где требуется источник модулированного света, например для системы звукового сопровождения в кино.

Неоновые лампы используются не только как сигнальные. Различие между потенциалом зажигания и потенциалом погасания тлеющего разряда является весьма важным их свойством, позволяющим использовать их в схеме генераторов электрических колебаний, описанных ниже.

На рис. 97, а изображена конструкция одного из типов неоновых ламп СН-1 или СН-2, выпускаемых нашей промышленностью. Электродами служат два никелевых диска. Расстояние между дисками выбрано меньше средней длины свободного пробега, поэтому между дисками почти не происходит столкновений, а разряд идет по более длинному пути между дисками, т. е. в наружном пространстве. Поэтому свечением покрываются наружные части дисков. При питании переменным током каждый из дисков поочередно служит катодом. Чтобы вся поверхность катода была покрыта свечением, внешнее сопротивление обычно выбирают соответствующим режиму аномального тлеющего раз-рйда. Поскольку диски одинаковы, то при любом направлении тока имеется один и тот же (аномальный) режим и одна и та же проводимость. Если бы электроды значительно отличались по

St

размерам, то можно было бы получить при одном направлении тока аномальный режим, а при другом - нормальный и проводимость была бы неодинаковой. На этом принципе основаны ионные вентили с холодным катодом.

Другой тип неоновой лампы с цилиндрическими электродами МН-3 показан на рис. 97, б. У этой лампы электроды неодинаковы, поэтому она предназначена только для постоянного тока определенного направления, а именно от внутреннего цилиндра к внешнему.

Рис. 97. Сигнальные неоновые ламшы; а - типа CH-I или СН-2-, б - типа МН-3

О 25 50 Т5 100125 т 175 200225 Сила тока, мкв

Рис. 98. Зависимость анодного напряжения зажигания от силы сеточного тока (характеристика перехода)

Как указывалось выше, определенное значение тока может быть зафиксировано внешним сопротивлением. Если это сопротивление отсутствует или мало, то разряд развивается, проходя последовательно все стадии, и переходит в дуговой, при котором сила тока велика. Это может привести к гибели лампы. Поэтому лампу включают последовательно с балластным сопротивлением, специально подобранным так, чтобы обеспечить значение тока, соответствующее нужному режиму. В лампах типа СН-) и СН-2 балластное сопротивление находится внутри цоколя лампы. Другие лампы требуют включения внещнего сопротивления.

В лампу тлеющего разряда можно ввести третий электрод - сетку, позволяющую регулировать потенциал зажигания. Этот электрод, помещенный между анодом и катодом изготовляют либо в виде экрана с отверстием, либо в виде проволочной петли. Такая лампа называется безнакальным тиратроном. Если к промежутку сетка - катод подвести напряжение, достаточное для того, чтобы в нем возник самостоятельный разряд, то этот

разряд может распространиться на промежуток анод - катод, даже если напряжение между анодом и катодом ниже напряжения зажигания. При этом напряжение между анодом и катодом, достаточное для зажигания, зависит от силы тока разряда, возникшего между сеткой и катодом. На рис. 98 приведена зависимость анодного напряжения зажигания от силы тока в промежутке сетка -катод. Из этой зависимости, называемой характеристикой перехода, видно, что анодное напряжение зажигания тем меньше, чем больше сеточный ток. Это объясняется тем, с увеличением сеточного тока в разрядном промежутке увеличивается число свободных электронов, часть которых притягивается к аноду и образует лавины, из которых возникает самостоятельный разряд. Чем больше таких лавин, тем меньше Требуется напряжение для возникновения самостоятельного разряда. Напряжение зажигания не может быть меньше напряжения горения (или, что то же самое, погасания), поэтому характеристика асимптотически приближается к этому значению. При нулевом токе, т. е. при отсутствии разряда между сеткой и катодом, анодный потенциал зажигания выше, чем при отсутствии сетки, так как сетка экранирует катод от анода и большая часть электрических силовых линий анода заканчивается на сетке.

Чтобы не возник разряд между анодом и сеткой, ее помешают очень близко к аноду, т. е. на таком расстоянии от него, на котором электроны не могут испытывать достаточного количества столкновений с атомами газа. При таком расположении электродов для зажигания лампы требуется между сеткой и катодом приложить напряжение порядка анодного напряжения зажигания. Таким образом, в этих типах ламп не получается выигрыша по напряжению. Однако практическая ценность нх заключается в том, что они позволяют получить анодный ток порядка десятков миллиампер при протекании сеточного тока порядка десятков микроампер, т. е. включить цепь более сильного тока с помошью слабого тока (в схеме реле). В других типах ламп сетку помешают возле катода на расстоянии от него, со-ответствуюшем малому напряжению зажигания. Это позволяет зажигать лампу сеточными напряжениями значительно меньшими, чем анодный потенциал зажигания. В этих лампах получается выигрыш не только по току, но и по напряжению. Так, например, в одной из ламп этого типа при отсутствии напряжения на сетке пробой в анодной цепи не наступает при анодном напряжении до 225 в. В цепи пускового электрода пробой наступает при напряжении 90 в. Это значит, что можно включить цепь с источником напряжения 225 в с помошью напряжения 90 в. Для предотврашения разряда между анодом и сеткой анод изготовляют в виде никелевого стержня, заключенного в стек-

лянную трубку, изолирующую его от других электродов. Чась стержня выступает из стеклянной трубки на расстоянии примерно 12 мм от других электродов (рис. 99) и может участвовать в разряде лишь после того, как возникнет разряд между сеткой и катодом.

Характерная особенность лампы - прекращение управляющего действия сетки после зажигания разряда между анодом и катодом. Экспериментально установлено, что при существовании разрядного тока в анодной цепи потенциал сетки не влияет на величину этого тока, причем даже при отрицательном потенциале сетки разряд Не прекращается. Это объясняется тем, что к отрицательно заряженной сетке под действием ее поля устремляются ионы (электроны отталкиваются), которые окружают ее чехлом, нейтрализующим ее заряд (см. рис. 93). На сетке происходит рекомбинация ионов с электронами, которые поступают из присоединенной к ней цепи, образуя сеточный ток. Из разрядного промежутка к сетке поступают новые ионы в количестве, равном числу электронов, участвующих в рекомбинации. При этом пока поле сетки не нейтрализовалось этими ионами, они движутся к ней в большом количестве и толщина ионного чехла увеличивается, ослабляя ее поле. От этого число движущихся к чехлу ионов уменьшается до тех пор, пока не наступит динамическое равновесие между числом ионов, входящих в чехол, и числом реком-

бинирующих на сетке ионов. При таком равновесии поле сетки, экранированной ионным чехлом, будет лишь таким, какое минимально необходимо для пополнения убыли ионов в чехле при рекомбинации. При увеличении отрицательного потенциала сетки увеличится число ионов, поступающих в ионный чехол, и, следовательно, толщина этого чехла, экранирующего сетку. При этом возрастет и сеточный ток. Таким образом, увеличение отрицательного потенциала сетки (относительно катода ) не вызывает погасания разряда. Погасить разряд можно только уменьшением анодного напряжения.

Управление потенциалом зажигания с помощью сетки применяется в описанных выше тиратронах с накаливаемым като-

Если сетка положительна, то аналогично к ней притягиваются электроны, образуя экранирующий ее чехол, а ионы отталкиваются.

Рис. 99. Конструкция одного из типов тиратрона с холодным катодом:

/ - сетка; 2 - анод; 3 - катод

ДОМ. По аналогии с ними лампа тлеющего разряда с сеткой называется тиратроном с холодным катодом, или безнакальным тиратроном. Такие тиратроны также применяются в схемах реле и генераторов колебаний. Преимущество тиратронов с холодным катодом - отсутствие цепи накала, потребляющей значительную энергию и усложняющей схему. Однако эти тиратроны применяются только в цепях сравнительно слабого тока (до 100 ма), тиратроны с накаливаемым катодом дают ток до 100 а.

Газовые стабилизаторы

Вертикальный участок вольтамперной характеристики самостоятельного разряда, соответствующий режиму нормального тлеющего разряда, выражает независимость напряжения на разрядном промежутке от силы тока, определяемой внешним сопротивлением (см. рис. 94). Это свойство нормального тлеющего разряда может быть использовано для стабилизации напряжения. Лампы тлеющего разряда, предназначенные для этой цели, называются газовыми стабилизаторами, или стабиловольта.мн.

Как было указано, существование вертикального участка характеристики физически объясняется тем, что при нормальном тлеющем разряде катодное падение и плотность тока устанавливаются постоянными, а сила тока изменяется при изменении внешнего сопротивления только за счет площади катода, занятой разрядом. Поэтому для получения большого диапазона изменения силы тока в вертикальном участке характеристики стабиловольт должен отличаться большой площадью катода. Поэтому катод стабиловольта изготовляют в виде цилиндра 2, внутри которого на его оси помещен стержень /, служащий анодом (рис. 100). Такая цилиндрическая система электродов облегчает зажигание самостоятельного разряда, так как до зажигания возле тонкого стержня получается большая напряженность, чем та, которая получилась бы возле электрода с большим радиусом кривизны при том же напряжении. В результате потенциал зажигания понижается. Той же цели служит и небольшой стерженек 4, приваренный к катоду.

Материалом электродов является никель, причем внутренняя поверхность катода активируется (оксидируется), что также снижает потенциал зажигания. Катодное падение (почти равное напряжению стабилизации) для нормального тлеющего разря-

Рис. 100. Устройство электродов стабиловольта:

/ - аиод; 2 - катод: 3 - слюдяные диски; 4 - стержень

да определяется исключительно материалом катода и родом газа. Поэтому подбирая газ и материал катода, можно получить разные значения напряжения стабилизации. Выпускаемые промышленностью стабиловольты стабилизируют напряжения 75. 90, 105 и 150 в при диапазоне значений силы тока 5-ьЗО ма.

При необходимости стабилизировать большие напряжения можно последовательно соединять несколько стабиловольтов. При этом нагрузку можно подключить к части стабиловольтов, используя их как делитель напряжейия. Для той же цели выпускается стабиловольт типа СГ-226, содержащий в одном баллоне несколько последовательно включенных газовых промежутков, которые также могут служить делителями напряжения. Электроды этого стабиловольта представляют собой никелевые стаканы, активированные с одной стороны барием; стаканы вставлены один в другой так, что каждый из них служит

Рис. 101. Устройство стабиловольта - де-лите-тя напряжения

Рис. 102. Схема включения стабиловольта - делителя напряжения

катодом одного промежутка и анодом другого (рис. 101). В результате получается 4 промежутка, каждый из которых стабилизирует напряжение 70 в. Эти промежутки могут быть использованы в любой комбинации для питания нагрузок, требующих равных напряжений (рис. 102). Сопротивления 2 и включены для обеспечения независимого зажигания разряда на каждом промежутке. При отсутствии этих сопротивлений зажигание происходит лишь в том случае, если напряжение на каждом промежутке на 40-50 в больше нормального напряжения горения. Следовательно, для зажигания потребовался бы избыток напряжения порядка 200 в.

В последние годы разработаны газовые стабилизаторы, ко-