Тиратрон

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХФВСПУВЛИИ 6% 011 3159 Н 01 Л 17 54 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯн двтоасному свидетельству 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники(56) 1. Вороничева В.В. и др. Индикаторные тиратроны тлеющего разряда."Электронная промышленность", 1973,У 8, с. 20-25.2. Батушев В.А. Электронные приборы. "Высшая школа", М., 1980,с. 510-513 (прототип),(54) (57) ТИРАТРОН, содержащий герметичный корпус с размещенными в нем анодом, катодом и управляющим электродом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПЛ и расширения функциональных возможностей, катод выполнен в виде плос- кого кольца, отверстие которого со стороны анода закрыто металлической пленкой толщина 9-12 нм, коаксиально охватывающего управляющий электродвыполненный в виде стержня, на торце которого закреплена пленка оксинитрида кремния толщиной 50-60 нм, находящаяся в контакте с металлическойпленкой катода. 7Изобретение относится к электрон"ной технике и может быть использовано в качестве слаботочного коммутирующего и индикаторного прибора,а также как элемент индикаторных 5панелей в радиоэлектронике и другихотраслях техники.Известен тиратрон с холоднымкатодом, работающий на принципе поджигания тлеющего разряда между анодом и катодом с помощью сеток,содержащий цилиндрический катод,стержневой анод и управляющий электрод в виде диска с отверстием, отделяющего катод от анода, Управление моментом зажигания разряда междукатодом и анодом производи.ся путемзажигания вспомогательного разрядамежпу управляющим электродом и катодом 11.20Однако напряжение горения и напряжение зажигания разряда в этихприборах составляет 100-150 В, чтоне позволяет использовать для управления тиратронами интегральные схемы. Кроме того, тиратрон имеет ограниченные функциональные возможности,так как после зажигания разряда.погасить его путем изменения потенциала на управляющем электроде 30нельзя, прибор становится неуправляемым и пропускает ток пока нааноде присутствует положительныйпотенциал.Известен также тиратрон, содержащий герметичный корпус с размещенными в нем анодом, катодом и управляющим электродом 2.В этом тиратроне напряжения горения и управления значительно ниже, 40 чем у тиратронов с холодным катодом. Тиратрон содержит накаливаемый катод, анод и управляющий электрод в форме диска или цилиндрического экрана с отверстиями, экранирующего ка тод от анода, Принцип работы .таких тиратронов основан либо на предварительной ионизации газа в промежутке катод-сетка электронами, эмиттируемыми катодом, с последующим пе ребрасыванием разряда на анод, как это имеет место в импульсных водородных тиратронах, либо на принципе зажигания подготовительного разряда в промежутке сетка-анод с последую" 55 щим зажиганием основного разряда между катодом и анодом. В данных тиратронах используется несамостоятельный дуговой разряд, необходимым условием горения которого является эмиссия электронов с поверхности накаленного катода.Недостатками данных тиратронов являются ограниченные функциональные возможности. Тиратрон позволяет управлять только моментом зажигания разряда. Управляющее действие сетка теряет после зажигания разряда, погасить который можно только если убрать положительный потенциал с анода. Кроме этого, у тиратрона низкий КПД, так как большая мощность затрачивается на накал катода; Даже у миниатюрных тиратронов она составляет 1,5-3 Вт. Высокая температура прибора, обусловленная наличием накаленного катода, создает трудности при миниатюризации приборов, связанные с проблемой накала катода и отводом тепла от других электродов и корпуса, особенно если миниатюрные тиратроны используются для комплектования тиратронных индикаторных панелей. Особенно существенное снижение КПЦ имеет место при импульсной работе тиратронов, когда основной разряд зажигается на короткое время с большим интервалом, а катод поддерживается при высокой температуре непрерывно, бесполезно потребляя значительную мощность на накал.Цель изобретения - повышение КПД и расширение функциональных возможностей тиратрона., Поставленная цель достигается тем, что в тиратроне, содержащем герметичный корпус с размещенным в нем анодом, катодом и управляющим электродом, катод выполнен в виде плоского кольца отверстие которого со стороны анода закрыто металлической пленкой толщиной 9- 12 нм, коаксиально охватывающего управляющий электрод, выполненный в виде стержня, на торце которого закреплена пленка оксинитрида кремния толщиной 50-60 нм, находящаяся в контакте с металлической пленкой катода,На чертеже схематически представлен тиратрон. Тиратрон содержит катод 1, изготовленный в виде плоского кольца, отверстие которого закрыто металлической пленкой 2, управляющий элек1121716 10 15 3трод 3, изготовленный в виде стержня, торец которого покрыт пленкой оксинитрица кремния 4,уста" новленного в центре катодного от-. верстия и изолированного от катода втулкой 5, кольцевой анод 6,укрепленный на изолированном вводе и расположенный против катода 1 в корпусе 7.,В данной конструкции управляющий электрод вынесен за пределы газо- разрядной плазмы и не подвержен ее воздействию.Принцип работы тиратрона состоит в следующем,Разряд между катодом и анодом при положительном потенциале на аноде может зажечься только при наличии вспомогательного ионизирующего фактора. Таким ионизирующим факто 20 ром в данном тиратроне является эмиссия электронов катода в пространство между катодом и анодом. В предлагаемом тиратроне эмиссия элек 25 тронов из катода начинается, когда на управляющий электрод относительно катода подается напряжение 10-12 В, и через пленку оксинитрида кремния, нанесенную на его торец, возникает ток 10-100 мкА, Благодаря наличию30 неоднородностей и под действием большой напряженности электрического поля в пленке оксинитрида кремния появляются электроны с энергиями, достаточными для прохождения сквозь пленку металла толщиной 9-12 нм катода и выхода в пространство катод- анод. Толщина пленки оксинитрида кремния 50-60 нм является оптимальной с точки зрения максимальной 40 электронной эмиссии, При больших толщинах уменьшается количество пор и ток эмиссии снижается, При меньших толщинах возникают пробои пленки и короткие замыкания между управляю щим электродом и катодной пленкой. Толщина катодной пленки 12 нм выбра;иа из условий наименьших потерь электронов при ее нахождении и достаточной ее проводимости. Пленка 50 большой толщины поглощает, много электронов, что приводит к снижению эмиссии, а при меньших толщинах наблюдается разрушение, пленки, Таким образом, управление началом зажига ния разряда осуществляется путем подачи на управляющий электрод отрицательного относительно катода потенциала, обуславливающего сквозной ток через пленку оксинитрида кремния и эмиссию электронов сквозь пленку катода.Эмиссйя электронов с катода возникает практически мгновенно с приложением управляющего импульса напряжения, Время задержки не превышает 8-12 нс. Электроны, эмитируемые катодом, ускоряясь полем анода, производят ионизацию газа, и в промежутке анод-катод зажигается несамостоятельный разряд . При снятии напряжения с управляющего электрода прерывается ток сквозь пленку оксинитрида кремния, эмиссия электронов с катода прекращается и разряд гаснет. Это означает, что в данном тиратроне можно управлять не только моментом зажигания разряда, но и моментом его гашения, для чего достаточно снять потенциал с управляющего электрода, Напряжение горения такого разряда значительно ниже, чем в тлеющем разряде и в среде аргона составляет 40-50 В, а в воздухе 24-30 В. В то же время напряжение зажигания тиратрона МТХдостигает 180 В.Новым в.предлагаемом тиратроне является конфигурация электродов и их взаимное расположение, в частности, стержневая форма управляющего электрона и размещение его за пределами промежутка катод-анод, а также выполнение катода в вице плоского кольца, центральное отверстие которого закрыто металлической пленкой. Такое конструктивное решение по сравнению с протитопом обеспечиваЕт расширение функциональных возможностей тиратрона и повышение ЕПД электронных схем на таких тиратронах. Расширение функциональных возможностей достигается путем использования для управления моментом зажигания и гашения несамостоятельного разряда управляемой эмиссии электронов сквозь тонкую металлическую катодную пленку, возникающей при подаче на управляющий электрод отрицательного потенциала, и прекращающейся при снятии последнего. Благодаря расширению функциональных возможностей открывается возможность по-новому, более простыми средствами решать многие схемотехнические вопросы, что позволяет снизить стоимость схем, повысить их1121716 Составитель А. ЗахаровТехред М.Гергель КорректорИ. МускаМ Редактор Н. Горват Заказ 7989/40 Тираж 682 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Филиал П 1 П "Патент", г, ужгород, ул. Проектная,4 надежность, уменьшить энергоемкость схем и повысить КПД. К повышению КПД ведет и выполнение катода в виде плоского кольца, закрытого металлической пленкой, а также вы несение управляющего электрода за пределы промежутка катод-анод,что приводит к избавлению от ионного тока в цепи управления,а следовательно, от бесполезных потерь мощности.Преимуществами предлагаемого тиратрона по сравнению с другими тиратронами с холодным катодом является более низкий потенциал горения разряда и низкие напряжения 15 в управляющих цепях. Так,.в экспериментальном макете данного тиратрона разряд в среде аргона горел при потенциале 40-50 В, а в разреженном воздухе - при 24-30 В при подаче на управляющий .электрод напряжения 10-12 В,в то время как напряжение зажигания тиратрона МТХ достигает 180 В. Снижение питающихнапряжений и потенциалов управленияоткрывает возможность использоватьв схемах управления интегральныесхемы, что позволяет уменьшить веси габариты аппаратуры на таких тиратронах и повысить ее надежность. Таким образом, предлагаемый тиратрон, является новым управляемым газораэрядным прибором с более широкими функциональными возможностями и более высоким КПД.