Газорозрядні та іонні прилади, будова принцип дії

СТАБІЛІТРОНИ

Стабілітрони - прилади тліючого і коронного розряду. Найбільш поширені стабілітрони тліючого розряду, працюючі, в режимі нормального катодного падіння. Останнім часом вони все частіше замінюються напівпровідниковими стабілітронами.

Оскільки темний розряд, передуючий тліючому, не використовується, його не показують на вольт-амперній характеристиці стабілітрона (мал. 21.6). Точку виникнення розряду А відмічають на вертикальній осі. До того ж міліамперметр для виміру струму тліючого розряду не покаже нікчемно малого струму темного розряду.

Область нормального катодного падіння, придатна для стабілізації, обмежена мінімальним струмом I_min і максимальним I_mах. При струмі, меншому I_min_,розряд може припинитися. Струм I_mах або відповідає початку режиму аномального катодного падіння, або при нім досягається гранична потужність.

Стрибок струму при виникненні розряду може бути різним залежно від опору R_огp. Якщо воно велике, то з'являється порівняно невеликий струм, а якщо мале R_огp, то виникає великий струм і точка Б переміщається до точки В. Для режиму стабілізації це невигідно, оскільки ділянка стабілізації напруги БВ скорочується. При малому опорі R_огp може навіть статися стрибок струму в область аномального катодного падіння і стабілізації взагалі не вийде.

Таким чином, обмежувальний резистор з достатнім опором потрібний з двох причин: щоб не сталося надмірного зростання струму і щоб міг існувати режим стабілізації напруги.

Чим більше площа катода, тим більше ділянка стабілізації БВ, оскільки струм I_min залишається незмінним, а струм I_mах зростає пропорційно площі катода. Тому у стабілітронів катод з великою площею поверхні. Анод роблять малих розмірів, але він, звичайно, не повинен перегріватися від струму I_mах.

Найбільш поширені двохелектродні стабілітрони з циліндричним катодом з нікелю або сталі. Анодом служить зволікання діаметром 1,0-1,5 мм (мал. 21.7, а). Балон наповнений сумішшю інертних газів (неон, аргон і гелій) під тиском в тисячі паскалів (десятки міліметрів ртутного стовпа).

Основні параметри стабілітрона : нормальна робоча напруга, або напруга стабілізації U_ст_, відповідає середній точці ділянки стабілізації (див. мал. 21.6), напруга виникнення розряду U_в, мінімальний і максимальний струм I_min і I_mах, зміна напруги стабілізації U_ст і внутрішній опір змінному струму R_i. Якщо потрібно знижену напругу U_ст, то поверхня катода з внутрішньої сторони активується, щоб полегшити емісію електронів під ударами іонів. Застосовуючи різні суміші газів, підбирають потрібне значення U_ст. Напруга U_в зазвичай перевищує напругу U_ст не більше ніж на 10-20 В. Для зниження напруги U_в на внутрішній поверхні катода є провідник (він показаний на мал. 21.7, а), що зменшує відстань між катодом і анодом. Без нього стабілітрон працював би на висхідній (правою) частині характеристики виникнення розряду (див. мал. 21.2).

В межах області стабілізації напруга U_ст змінюється на значення U_ст, яке не перевищує 1-2 В. Робота стабілітрона із струмом вище I_mах не рекомендується, оскільки погіршується стабілізація і електроди перегріваються. Внутрішній опір стабілітрона змінному струму (диференціальний опір) R_i = і значно менше опору постійному струму R₀. Якби стабілізація була ідеальною (U_ст = const), той опір R_і дорівнював би нулю.

У вітчизняних стабілітронів напруга стабілізації буває від 75 В до декількох сотень вольт, струм I_min зазвичай 3 - 5 мА, а I_mах - декілька десятків міліампер.

Для стабілітронів коронного розряду характерні висока напруга і малі струми. У таких стабілітронів (мал. 21.7,6) електроди циліндричної форми з нікелю. Балон наповнений воднем, причому напруга стабілізації залежить від тиску газу, який зазвичай складає тисячі паскалів (десятки міліметрів ртутного стовпа). Напруга U_ст при цьому декілька сотень вольт. Робочі струми в межах 3 - 100 мкА. Внутрішній опір змінному струму сотні кілоом. Процес виникнення розряду триває 15 - 30 с. Останнім часом випущені стабілітрони коронного розряду, оформлені в керамічних балонах, на напругу в десятки кіловольт.