이온화(가스 충전) 튜브

지금까지 우리는 진공관이라고 하는 유리 봉투 내부의 모든 가스와 증기가 완전히 "배출된" 관을 살펴보았습니다. . 그러나 특정 가스나 증기가 추가되면 튜브는 상당히 다른 특성을 갖게 되며 전자 회로에서 특정 특정 역할을 수행할 수 있습니다.

가스 또는 증기가 차지하는 거리에 걸쳐 충분히 높은 전압이 가해지거나 해당 가스 또는 증기가 충분히 가열되면 해당 가스 분자의 전자가 각각의 핵에서 벗겨져 이온화 조건이 생성됩니다. . 원자핵에 대한 정전기적 결합에서 전자를 해방한 전자는 전류의 형태로 자유롭게 이동하여 이온화된 가스를 비교적 우수한 전기 전도체로 만듭니다. 이 상태에서 가스를 플라즈마라고 하는 것이 더 적절합니다. .

이온화된 가스는 완벽한 전도체가 아닙니다. 이와 같이 이온화된 가스를 통한 전자의 흐름은 열의 형태로 에너지를 분산시키는 경향이 있어 가스를 이온화 상태로 유지하는 데 도움이 됩니다. 그 결과 튜브가 특정 조건에서 전도되기 시작한 다음 가스에 인가된 전압 및/또는 발열 전류가 최소 수준으로 떨어질 때까지 전도 상태를 유지하는 경향이 있습니다.

예리한 관찰자는 이것이 "사이리스터"라고 불리는 반도체 장치 부류에 의해 나타나는 행동의 종류에 주목하게 될 것입니다. 사이리스터는 "켜짐" 상태를 유지하는 경향이 있고 "꺼짐" 후에는 "꺼짐" 상태를 유지하는 경향이 있습니다. 가스가 채워진 튜브는 히스테리시스와 동일한 속성을 나타냅니다. .

진공관과 달리 이온화관은 필라멘트(히터)가 전혀 없이 제조되는 경우가 많습니다. 이를 냉음극이라고 합니다. 열음극으로 지정된 가열된 버전의 튜브 튜브. 튜브에 열원이 포함되어 있는지 여부는 가스로 채워진 튜브의 특성에 분명히 영향을 주었지만 열이 부족하면 단단한 진공 튜브의 성능에 영향을 미치지 않습니다.

가장 단순한 유형의 이온화 장치는 반드시 튜브일 필요는 없습니다. 오히려, 그것은 가스로 채워진 갭에 의해 분리된 두 개의 전극으로 구성됩니다. 간단히 스파크 갭이라고 함 , 전극 사이의 간격은 주변 공기, 다른 경우에는 특수 가스로 채워질 수 있습니다. 이 경우 장치에는 일종의 밀봉된 봉투가 있어야 합니다.

스파크 갭의 주요 응용 분야는 과전압 보호입니다. 전극에 인가된 정상 시스템 전압으로 이온화 또는 "분해"(전도 시작)하지 않도록 설계된 스파크 갭의 기능은 전압이 크게 증가한 경우 전도하는 것입니다. 일단 전도되면, 그것은 큰 전류 소모를 통해 시스템 전압을 낮추고 전도체 및 기타 직렬 임피던스를 따라 이어지는 전압 강하를 통해 시스템 전압을 유지하는 무거운 부하로 작용합니다. 적절하게 설계된 시스템에서 스파크 갭은 시스템 전압이 전도를 시작하는 데 필요한 전압보다 훨씬 낮은 정상 수준으로 감소하면 전도를 중지("소화")합니다.

스파크 갭의 주요 경고 중 하나는 수명이 상당히 제한되어 있다는 것입니다. 이러한 장치에 의해 생성된 방전은 매우 격렬할 수 있으며 따라서 구멍 및/또는 용융을 통해 전극 표면을 악화시키는 경향이 있습니다.

스파크 갭은 다른 두 전극 사이에 세 번째 전극(보통 날카로운 모서리 또는 끝이 있는)을 배치하고 해당 전극과 다른 전극 중 하나 사이에 고전압 펄스를 인가함으로써 명령에 따라 전도되도록 만들 수 있습니다. 펄스는 두 전극 사이에 작은 스파크를 생성하여 두 개의 큰 전극 사이 경로의 일부를 이온화하고 적용된 전압이 충분히 높으면 두 전극 사이의 전도를 활성화합니다.

트리거 및 트리거되지 않은 다양한 스파크 갭은 엄청난 양의 전류를 처리하도록 구축할 수 있으며 일부는 메가 암페어(수백만 암페어) 범위에 이르기도 합니다! 물리적 크기는 스파크 갭이 안전하고 안정적으로 처리할 수 있는 전류의 양에 대한 주요 제한 요소입니다.

두 개의 메인 전극을 특수 가스로 채워진 밀봉된 튜브에 넣으면 방전 튜브 로 이루어져. 가장 일반적인 유형의 방전관은 네온 불빛으로 다채로운 조명의 소스로 널리 사용되며 방출되는 빛의 색상은 튜브를 채우는 가스 유형에 따라 다릅니다.

네온 램프의 구조는 스파크 갭의 구조와 매우 유사하지만 작동 특성이 상당히 다릅니다.

전극의 간격과 튜브의 가스 유형을 제어하면 스파크 갭에서 발생하는 과도한 전류를 끌어들이지 않고 네온 불빛이 전도되도록 만들 수 있습니다. 그들은 여전히 ​​"소화"하는 것보다 전도를 시작하는 데 더 높은 전압이 필요하고 저항이 확실히 비선형적이라는 점에서 히스테리시스를 나타냅니다. ). 이러한 비선형 경향을 감안할 때 네온관의 전압은 과도한 온도로 인해 튜브가 손상되지 않도록 특정 한계를 초과해서는 안 됩니다.

이 비선형 경향은 네온관에 다채로운 조명 이외의 응용 프로그램을 제공합니다. 제너 다이오드처럼 작동하여 전압이 감소하면 점점 더 많은 전류를 끌어와 전압을 "고정"할 수 있습니다. 이러한 방식으로 사용될 때 튜브는 글로우 튜브로 알려져 있습니다. , 또는 전압 조정기 튜브 , 전자관 회로 설계 시대에 널리 사용되는 전압 조절 수단이었습니다.

위에 표시된 튜브 기호(및 그 앞에 표시된 네온 램프 기호)에 있는 검은 점에 유의하십시오. 이 표시는 튜브가 가스로 채워져 있음을 나타냅니다. 모든 가스 충전 튜브 기호에 사용되는 공통 마커입니다.

전압 조정을 위해 설계된 글로우 튜브의 한 예는 공칭 조정 전압이 150볼트인 VR-150입니다. 전류의 허용 한계 전체에 걸친 저항은 6:1 범위인 5kΩ에서 30kΩ까지 다양할 수 있습니다. 오늘날의 제너 다이오드 레귤레이터 회로와 마찬가지로 글로우 튜브 레귤레이터는 더 나은 전압 레귤레이션과 더 높은 부하 전류 범위를 위해 증폭 튜브에 결합될 수 있습니다.

일반 3극관이 단단한 진공 대신 가스로 채워지면 다른 가스관의 모든 히스테리시스와 비선형성이 나타나며 한 가지 주요 이점이 있습니다. 그리드와 음극 사이에 인가되는 전압의 양이 필요한 최소 판-음극 전압을 결정한다는 것입니다. 전도를 시작합니다. 본질적으로 이 튜브는 반도체 SCR(Silicon-Controlled Rectifier)에 해당하며 thyratron이라고 불렸습니다. .

위에 표시된 회로도는 대부분의 목적과 사이라트론관 설계를 위해 크게 단순화되었습니다. 예를 들어, 일부 사이라트론은 제대로 작동하기 위해 그리드 전압이 "켜짐"과 "꺼짐" 상태 사이에서 극성을 전환해야 했습니다. 또한 일부 사이라트론에는 그리드가 두 개 이상 있었습니다!

Thyratron은 오늘날 SCR이 사용하는 것과 거의 같은 방식으로 사용되었습니다. 정류된 AC를 모터와 같은 큰 부하로 제어하는 ​​것입니다. Thyratron 튜브는 불활성(화학적 비반응성) 가스, 수소 가스 및 수은(활성화 시 가스 형태로 기화)과 같은 다양한 특성에 대해 다양한 유형의 가스 충전재로 제조되었습니다. 수소의 희귀 동위원소인 중수소는 고전압 스위칭이 필요한 일부 특수 응용 분야에 사용되었습니다.