Thyratron- Thyratron

Riesiges GE Wasserstoffthyratron, das in gepulsten Radargeräten verwendet wird , neben einem Miniatur-2D21-Thyratron, das zum Auslösen von Relais in Jukeboxen verwendet wird . Das Referenzrohr 2D21 ist 5,3975 cm (2,125 Zoll) hoch.

Ein Thyratron ist eine Art von gasgefüllten Röhre als Starkstrom verwendet Schalter und gesteuerten Gleichrichter . Thyratrons können viel größere Ströme verarbeiten als ähnliche Hartvakuumröhren. Die Elektronenvervielfachung tritt auf, wenn das Gas ionisiert wird und ein Phänomen erzeugt, das als Townsend-Entladung bekannt ist . Als Gase werden Quecksilberdampf , Xenon , Neon und (in speziellen Hochspannungsanwendungen oder Anwendungen, die sehr kurze Schaltzeiten erfordern) Wasserstoff verwendet . Im Gegensatz zu einer Vakuumröhre (Ventil) kann ein Thyratron nicht verwendet werden, um Signale linear zu verstärken .

In den 1920er Jahren wurden aus Thyratrone frühen Vakuumröhren , wie beispielsweise die UV-200, abgeleitet ist, die eine geringe Menge Argongas enthielt seine erhöhen Empfindlichkeit als Funksignaldetektor und den deutschen LRS Anzündübertragungsrohr, die auch Argongas enthalten. Gasgleichrichter , die Vakuumröhren vordatiert, wie die Argon gefüllten General Electric „ Tungar Birne “ und die Cooper-Hewitt Quecksilber-Pool Gleichrichter , auch einen Einfluss versehen. Irving Langmuir und GS Meikle von GE werden normalerweise als die ersten Forscher zitiert, die um 1914 die kontrollierte Rektifikation in Gasröhren untersuchten. Die ersten kommerziellen Thyratrons erschienen um 1928.

Der Begriff „ Thyristor “ wurde aus einer Kombination von „Thyratron“ und „ Transistor “ abgeleitet. Seit den 1960er Jahren haben Thyristoren Thyratrons in den meisten Anwendungen mit niedriger und mittlerer Leistung ersetzt.

Beschreibung

Thyratron-Symbole
In den USA und Europa am häufigsten verwendete Symbole eines Thyratrons (Variationen beziehen sich normalerweise auf die Darstellung des Glühfadens und der Kathode)

Thyratrons ähneln sowohl im Aussehen als auch im Aufbau Vakuumröhren , unterscheiden sich jedoch in Verhalten und Funktionsprinzip. In einer Vakuumröhre wird die Leitung von freien Elektronen dominiert, da der Abstand zwischen Anode und Kathode im Vergleich zur mittleren freien Weglänge der Elektronen klein ist . Ein Thyratron hingegen wird bewusst mit Gas gefüllt, damit der Abstand zwischen Anode und Kathode mit der mittleren freien Weglänge von Elektronen vergleichbar ist. Diese Ursachen Leitung in einem Thyratron durch dominiert werden Plasma - Leitfähigkeit. Aufgrund der hohen Leitfähigkeit des Plasmas kann ein Thyratron höhere Ströme schalten als Vakuumröhren, die durch die Raumladung begrenzt sind . Eine Vakuumröhre hat den Vorteil, dass die Leitfähigkeit jederzeit moduliert werden kann, während ein Thyratron mit Plasma gefüllt wird und so lange leitet, wie zwischen Anode und Kathode eine Spannung anliegt. Ein Pseudofunkenschalter arbeitet in einem ähnlichen Bereich der Paschen-Kurve wie ein Thyratron und wird manchmal als Kaltkathoden- Thyratron bezeichnet.

Ein Thyratron besteht aus einer heißen Kathode , einer Anode und einem oder mehreren Steuergittern zwischen Anode und Kathode in einer luftdichten, mit Gas gefüllten Glas- oder Keramikhülle. Das Gas ist typischerweise Wasserstoff oder Deuterium bei einem Druck von 300 bis 500 mTorr (40 bis 70  Pa ). Kommerzielle Thyratrons enthalten auch ein Titanhydridreservoir und eine Reservoirheizung, die zusammen den Gasdruck über lange Zeiträume unabhängig von Gasverlust aufrechterhalten.

Die Leitfähigkeit eines Thyratrons bleibt niedrig, solange das Steuergitter relativ zur Kathode negativ ist, da das Gitter von der Kathode emittierte Elektronen abstößt. Ein durch Raumladung begrenzter Elektronenstrom fließt von der Kathode durch das Steuergitter zur Anode, wenn das Gitter relativ zur Kathode positiv gemacht wird. Ein ausreichend hoher raumladungsbegrenzter Strom leitet die Townsend-Entladung zwischen Anode und Kathode ein. Das resultierende Plasma bietet eine hohe Leitfähigkeit zwischen Anode und Kathode und wird nicht durch Raumladung begrenzt. Die Leitfähigkeit bleibt hoch, bis der Strom zwischen Anode und Kathode so lange auf einen kleinen Wert abfällt, dass das Gas nicht mehr ionisiert wird . Dieser Wiederherstellungsprozess dauert 25 bis 75 μ s und Grenzen Thyratron Repetitionsraten bis einigen k Hz .

Anwendungen

Seltene Z806W-Relaisröhre , die in Aufzügen verwendet wird

Thyratrons mit geringer Leistung ( Relaisröhren und Triggerröhren ) wurden hergestellt zur Steuerung von Glühlampen, elektromechanischen Relais oder Magnetspulen, für bidirektionale Zähler, zur Erfüllung verschiedener Funktionen in Dekatron-Rechnern , für Spannungsschwellendetektoren in RC- Timern usw. Glühthyratrons wurden optimiert für hohe Gasentladungslichtleistung oder sogar phosphorisiert und als selbstanzeigende Schieberegister in großformatigen Crawling-Text- Punktmatrix-Displays eingesetzt .

Eine andere Verwendung des Thyratrons war in Relaxationsoszillatoren . Da die Platteneinschaltspannung viel höher ist als die Ausschaltspannung, weist die Röhre eine Hysterese auf und kann mit einem Kondensator darüber als Sägezahnoszillator fungieren. Die Spannung am Netz steuert die Durchbruchspannung und damit die Schwingungsdauer. Thyratron-Relaxationsoszillatoren wurden in Wechselrichtern und Oszilloskop- Sweep-Schaltungen verwendet.

Ein Miniatur-Thyratron, die Triode 6D4, fand eine zusätzliche Verwendung als starke Rauschquelle , wenn es als Diode (Gitter mit Kathode verbunden) in einem transversalen Magnetfeld betrieben wurde. Ausreichend auf "Flachheit" (" weißes Rauschen ") in einem interessierenden Band gefiltert , wurde dieses Rauschen zum Testen von Funkempfängern, Servosystemen und gelegentlich in der analogen Berechnung als Zufallswertquelle verwendet .

Die Miniatur - RK61 / 2 Thyratron 1938 vertrieben wurde speziell wie ein für den Betrieb ausgelegt Vakuum Triode unterhalb seiner Zündspannung, so dass sie analoge Signale als amplifizieren selbstlöschenden Pendelrückkopplungsdetektor in Funksteuerempfänger und war der große technische Entwicklung , die führte zu die Kriegsentwicklung von funkgesteuerten Waffen und die parallele Entwicklung des funkgesteuerten Modellbaus als Hobby.

Einige frühe Fernsehgeräte, insbesondere britische Modelle, verwendeten Thyratrons für vertikale (Rahmen) und horizontale (Zeilen) Oszillatoren.

Thyratrons mittlerer Leistung fanden Anwendung in Motorsteuerungen für Werkzeugmaschinen, wo Thyratrons, die als phasengesteuerte Gleichrichter arbeiten, im Ankerregler des Werkzeugs (Null auf "Grunddrehzahl", Modus "Konstantes Drehmoment") und im Feldregler des Werkzeugs verwendet werden ( "Basisgeschwindigkeit" auf etwa das Doppelte "Basisgeschwindigkeit", Modus "Konstante PS"). Beispiele sind die Monarch Machine Tool 10EE-Drehmaschine, die von 1949 Thyratrons verwendete, bis sie 1984 durch Halbleitergeräte ersetzt wurden.

Hochleistungs-Thyratrons werden immer noch hergestellt und können bis zu mehreren zehn Kiloampere (kA) und zehn Kilovolt (kV) betrieben werden. Moderne Anwendungen umfassen Pulstreiber für gepulste Radargeräte , hochenergetische Gaslaser , Strahlentherapiegeräte , Teilchenbeschleuniger und in Tesla-Spulen und ähnliche Geräte. Thyratrons werden auch in High-Power verwendet UHF - TV - Sender , zu schützen Inductive Output Tube von internen Kurzschlüssen , durch Erde der ankommende Hochspannungsversorgung während der Zeit, die für einen Leistungsschalter zu öffnen und zu reaktiven Komponenten ihre gespeicherten Ladungen zu entleeren. Dies wird allgemein als Crowbar-Schaltung bezeichnet .

Thyratrons wurden in den meisten Anwendungen mit niedriger und mittlerer Leistung durch entsprechende Halbleiterbauelemente ersetzt, die als Thyristoren (manchmal auch als siliziumgesteuerte Gleichrichter oder SCRs bezeichnet) und Triacs bekannt sind . Schaltdienste, die Spannungen über 20 kV erfordern und sehr kurze Anstiegszeiten erfordern, bleiben jedoch im Bereich des Thyratrons.

Variationen der Thyratron-Idee sind das Krytron , das Sprytron , das Ignitron und die getriggerte Funkenstrecke , die alle noch heute in speziellen Anwendungen wie Kernwaffen (Krytron) und AC/DC-AC-Stromübertragung (Ignitron) verwendet werden.

Beispiel für ein kleines Thyratron

RCA Marke 885 Triode Thyratron

Die 885 ist eine kleine Thyratronröhre, die Argongas verwendet . Dieses Gerät wurde in den 1930er Jahren häufig in den Zeitbasisschaltungen früher Oszilloskope verwendet . Es wurde in einer Schaltung verwendet, die als Relaxationsoszillator bezeichnet wird . Während des Zweiten Weltkriegs wurden kleine Thyratrons ähnlich dem 885 paarweise verwendet, um Bistabile zu konstruieren , die "Gedächtniszellen", die von frühen Computern und Code-Brecher- Maschinen verwendet wurden. Thyratrons wurden auch für die Phasenwinkelsteuerung von Wechselstrom (AC)-Stromquellen in Batterieladegeräten und Lichtdimmern verwendet , aber diese hatten normalerweise eine größere Strombelastbarkeit als der 885. Der 885 ist eine 2,5-Volt-, 5-Pin-basierte Variante von 884/6Q5.

Anmerkungen

Verweise

  • Stokes, John, 70 Years of Radio Tubes and Valves, Vestal Press, NY, 1982, S. 111–115.
  • Thrower, Keith, History of the British Radio Valve to 1940, MMA International, 1982, p. 30, 31, 81.
  • Hull, AW, "Gasgefüllte thermionische Ventile", Trans. AIEE, 47, 1928, S. 753–763.
  • Daten für Typ 6D4, "Sylvania Engineering Data Service", 1957
  • JD Cobine, JR Curry, "Electrical Noise Generators", Proceedings of the IRE, 1947, p. 875
  • Radio and Electronic Laboratory Handbook, MG Scroggie 1971, ISBN  0-592-05950-2

Externe Links