Тиратрон Советский патент 1984 года по МПК H01J17/54 

Изобретение относится к электрон нон технике и может быть использова но в качестве слаботочного коммутирующего и индикаторного прибора, а также как Элемент индикаторных панелей в радиоэлектронике и других отраслях техники. Известен тиратрон с холодным катодом, работающий на принципе под жигания 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 межд катодом и анодом производи.ся путем зажигания вспомогательного разряда между управляющим электродом и като дом lj . .. Однако напряжение горения и напряжение зажигания разряда в этих приборах составляет 100-150 В, что не позволяет использовать для управ ления тиратронами интегральные схемы. Кроме того, тиратрон имеет огра ниченные функциональные возможности так как после зажигания разряда .погасить его путем изменения потенциала на управляющем электроде нельзя, прибор становится неуправляемым и пропускает ток пока на аноде присутствует положительный потенциал. Известен также тиратрон, содержа щий герметргчный корпус с размещенными в нем анодом, ка.тодом и управляющим электродом 2J . В этом тиратроне напряжения горения и управления значительно ниже чем у тиратронов с холодным катодом Тиратрон содержит накаливаемый катод, анод и управляющий электрод в форме диска или цилиндрического экр на с отверстиями, экранирующего катод от анода. Прингсип работы .таких тиратронов основан либо на предварительной ионизации газа в промежут ке катод-сетка электронами, эмиттируемыми катодом, с последующим перебрасыванием разряда на анод, как это имеет место в импульсных водородных тиратронах, либо на принципе зажигания подготовительного разряда в промежутке сетка-анод с последующим зажиганием основного разряда меящу 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 которьй 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 КЩ 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 912 нм, коаксиально охватьшающего 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 элек3

трод 3, изготовленный в виде стержня, торец которого покрыт пленкой оксинитрида кремния 4,установленного в центре катодного отверстия 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 вьшесен за пределы газоразрядной .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 ионизирзпощего фактора. Таким ионизирующим фактором в данном тиратроне является эмиссия электронов катода в пространство между катодом и анодом, В предлагаемом тиратроне эмиссия электронов 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 наличию неоднородностей и под действием большой напряженности электрического поля в пленке оксинитрида кремния появляются электроны с энepгия ш, достаточными для прохождения сквозь пленку металла толщиной 9-12 нм като да и выхода в пространство катоданод . Толщина пленки оксинитрида кремния 50-60 нм является оптимальной с точки зрения максимальной электронной эмиссии. При больших толщинах уменьшается количество пор и ток эмиссии снижается. При.меньших толщинах возникают пробои пленки и короткие замыкания между управляющим электродом и катодной пленкой, толщина катодной пленки 12 нм выбра на из условий наименьших потерь электронов при ее нахождении и доста точной ее проводимости. Пленка большой толщины поглощает, много элек тронов, что приводит к снижению эмиссии, а при меньших толщинах наблюдается разрушение .пленки. Таким образом, управление началом зажигания разряда осуществляется путем подачи на управляющий электрод отрицательного относительно катода по21716 . 4

тенциала, обуславливающего сквозной ток через пленку оксинитрида кремния и эмиссию электронов сквозь пленку катода.

5 Эмиссия электронов с катода возникает практически мгновенно с приложением управляюп1его импульса напряжения. Время задержки не превьшгает 8-12 НС. Электроны, эмитируемые ка10 тодом, ускоряясь полем анода, производят ионизацию газа, и в промежутке анод-катод зажигается несамостоятельный разряд. При снятии напряжения с управляющего электрода прерыts вается ток сквозь пленку оксинитрида кремния, эмиссия электронов с катода прекращается и разряд гаснет. Это означает что в данном тиратроне можно управлять не только моментом

20 зажигания разряда, но и моментом его гашения, для чего достаточно снять потенциал с управляющего электрода. Напряжение горения такого разряда значительно ниже, чем в тлею25 щем разряде и в среде аргона составляет 40-50 В, а в воздухе 24-30 В. В то же время напряжение зажигания тиратрона МТХ-90 достигает 180 В. Новым в. предлагаемом тиратроне

30 является конфигурация электродов иих взаимное расположение, в частности, стержневая форма управляющего электрона и размещение его за пределами промежутка катод-анод, а также

вьшолнение катода в виде плоского кольца, центральное отверстие которого закрыто металлической пленкой.

Такое конструктивное решение до сравнению с протитопом обеспечивает расширение функциональных воз;4ожностей тиратрона и повьш1ение КПД 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 их .

надежность, уменьшить энергоемкость схем и повысить КПД, К повышению КПД ведет и выполнение катода в виде плоского кольца, закрытого металлической пленкой, а также вынесение управляющего электрода за пределы промежутка катод-анод,что приводит к избавлению от ионного тока в цепи управления,а следователно, от бесполезных потерь мощности.

Преимуществами предлагаемого тиратрона по сравнению с другими тиратронами с холодным катодом является более низкий потенциал горения разряда и низкие напряжения 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 fГX-90 достигает 180 В. Снижение питающих напряжений и потенциалов управления открывает возможность использовать в схемах управления интегральные схемы, что позволяет уменьшить вес и габариты аппаратуры на таких тиратронах и повысить ее надежность.

Таким образом, предлагаемый тиратрон, является новым управляемым газоразрядным прибрром с более широкими функциональными возможностями и более высоким КПД.

ТИРАТРОН, содержащий герметичньй корпус с размещенными в нем анодом, катодом и управляющим электродом, отличающийся тем, что, с целью повьппения КПД и расширения функциональных возможностей, катод выполнен в виде плоского кольца, отверстие которого со стороны анода закрыто металлической пленкой толщина 9-12 нм, коаксиально охватывающего управляющий электрод,выполненный в виде стержня, на торце которого закреплена пленка оксинитрида кремния толщиной 50-60 нм, находяi щаяся в контакте с металлической пленкой катода. (Л с