Thyratron - Thyratron

Tiratron de hidrogênio GE gigante , usado em radares pulsados , ao lado do tiratron 2D21 em miniatura usado para disparar relés em jukeboxes . O tubo de referência 2D21 tem 2,125 polegadas de altura (5,3975 cm).

Um tiratron é um tipo de tubo cheio de gás usado como interruptor elétrico de alta potência e retificador controlado . Thyratrons podem lidar com correntes muito maiores do que tubos de vácuo rígidos semelhantes. A multiplicação de elétrons ocorre quando o gás se ioniza, produzindo um fenômeno conhecido como descarga de Townsend . Os gases usados ​​incluem vapor de mercúrio , xenônio , néon e (em aplicações especiais de alta tensão ou aplicações que requerem tempos de comutação muito curtos) hidrogênio . Ao contrário de um tubo de vácuo (válvula), um tiratron não pode ser usado para amplificar sinais linearmente.

Na década de 1920, os tiratrons eram derivados dos primeiros tubos de vácuo, como o UV-200, que continha uma pequena quantidade de gás argônio para aumentar sua sensibilidade como detector de sinal de rádio , e o tubo relé alemão LRS, que também continha gás argônio. Os retificadores de gás , que antecederam os tubos de vácuo, como a " lâmpada Tungar " cheia de argônio da General Electric e o retificador de piscina de mercúrio Cooper-Hewitt , também exerceram influência. Irving Langmuir e GS Meikle da GE são geralmente citados como os primeiros investigadores a estudar a retificação controlada em tubos de gás, por volta de 1914. Os primeiros tiratrons comerciais apareceram por volta de 1928.

O termo " tiristor " foi derivado de uma combinação de "tiratron" e " transistor ". Desde a década de 1960, os tiristores substituíram os tiratrons na maioria das aplicações de baixa e média potência.

Descrição

Símbolos de tiratron
Símbolos mais comumente usados ​​nos EUA e na Europa de um tiratron (variações geralmente estão relacionadas à representação do filamento e do cátodo)

Os tiratrons se assemelham a tubos de vácuo tanto na aparência quanto na construção, mas diferem no comportamento e princípio de operação. Em um tubo de vácuo, a condução é dominada por elétrons livres porque a distância entre o ânodo e o cátodo é pequena em comparação com o caminho livre médio dos elétrons. Um tiratron, por outro lado, é intencionalmente preenchido com gás para que a distância entre o ânodo e o cátodo seja comparável ao caminho livre médio dos elétrons. Isso faz com que a condução em um tiratron seja dominada pela condutividade do plasma . Devido à alta condutividade do plasma, um tiratron é capaz de comutar correntes mais altas do que os tubos de vácuo, que são limitados pela carga espacial . Um tubo de vácuo tem a vantagem de que a condutividade pode ser modulada a qualquer momento, ao passo que um tiratron é preenchido com plasma e continua a conduzir enquanto houver tensão entre o ânodo e o cátodo. Uma chave de pseudopark opera em um regime semelhante à curva de Paschen como um tiratron e às vezes é chamada de tiratron de cátodo frio .

Um tiratron consiste em um cátodo quente , um ânodo e uma ou mais grades de controle entre o ânodo e o cátodo em um vidro hermético ou envelope de cerâmica que é preenchido com gás. O gás é normalmente hidrogênio ou deutério a uma pressão de 300 a 500 m Torr (40 a 70  Pa ). Os tiratrons comerciais também contêm um reservatório de hidreto de titânio e um aquecedor de reservatório que, juntos, mantêm a pressão do gás por longos períodos, independentemente da perda de gás.

A condutividade de um tiratron permanece baixa enquanto a grade de controle for negativa em relação ao cátodo, porque a grade repele os elétrons emitidos pelo cátodo. A corrente de elétrons com carga espacial limitada flui do cátodo através da grade de controle em direção ao ânodo se a grade for tornada positiva em relação ao cátodo. Corrente limitada de carga espacial suficientemente alta inicia a descarga de Townsend entre o ânodo e o cátodo. O plasma resultante fornece alta condutividade entre o ânodo e o cátodo e não é limitado pela carga espacial. A condutividade permanece alta até que a corrente entre o ânodo e o cátodo caia para um valor pequeno por um tempo suficientemente longo para que o gás deixe de ser ionizado . Este processo de recuperação leva de 25 a 75 μ s e limites Thyratron taxas de repetição para um k poucos Hz .

Formulários

Tubo de relé Z806W raro usado em elevadores

Tiratrons de baixa potência ( tubos de relé e tubos de gatilho ) foram fabricados para controlar lâmpadas incandescentes, relés eletromecânicos ou solenóides, para contadores bidirecionais, para executar várias funções em calculadoras Dekatron , para detectores de limite de tensão em temporizadores RC , etc. Tiratrons de brilho foram otimizados para saída de luz de alta descarga de gás ou mesmo fosforizada e usada como registradores de deslocamento de exibição automática em telas de matriz de pontos de texto rastejante de formato grande .

Outro uso do tiratron era em osciladores de relaxamento . Como a tensão de ativação da placa é muito maior do que a tensão de desativação, o tubo exibe histerese e, com um capacitor através dele, pode funcionar como um oscilador dente de serra. A tensão na rede controla a tensão de ruptura e, portanto, o período de oscilação. Os osciladores de relaxamento Thyratron foram usados ​​em inversores de potência e circuitos de varredura de osciloscópio .

Um tiratron em miniatura, o triodo 6D4, encontrou um uso adicional como uma fonte potente de ruído , quando operado como um diodo (grade ligada ao cátodo) em um campo magnético transversal. Suficientemente filtrado para "achatamento" (" ruído branco ") em uma banda de interesse, esse ruído foi usado para testar receptores de rádio, servo sistemas e, ocasionalmente, em computação analógica como uma fonte de valor aleatório .

O tiratron RK61 / 2 em miniatura comercializado em 1938 foi projetado especificamente para operar como um triodo a vácuo abaixo de sua voltagem de ignição, permitindo-lhe amplificar sinais analógicos como um detector superregenerativo autoextinguível em receptores de controle de rádio , e foi o principal desenvolvimento técnico que levou a o desenvolvimento em tempo de guerra de armas controladas por rádio e o desenvolvimento paralelo de modelagem controlada por rádio como hobby.

Alguns primeiros aparelhos de televisão, principalmente os modelos britânicos, usavam tiratrons para osciladores verticais (quadro) e horizontais (linha).

Os tiratrons de média potência encontraram aplicações em controladores de motores de máquinas-ferramenta, onde tiratrons, operando como retificadores controlados por fase, são utilizados no regulador de armadura da ferramenta (zero a "velocidade básica", modo de "torque constante") e no regulador de campo da ferramenta ( "velocidade base" para cerca de duas vezes "velocidade base", modo "potência constante"). Os exemplos incluem o torno Monarch Machine Tool 10EE, que usou tiratrons de 1949 até que os dispositivos de estado sólido os substituíram em 1984.

Tiratrons de alta potência ainda são fabricados e são capazes de operar até dezenas de quiloamperes (kA) e dezenas de quilovolts (kV). As aplicações modernas incluem drivers de pulso para equipamento de radar pulsado , lasers de gás de alta energia , dispositivos de radioterapia , aceleradores de partículas e em bobinas de Tesla e dispositivos semelhantes. Thyratrons também são usados ​​em transmissores de televisão UHF de alta potência , para proteger tubos de saída indutiva de curtos internos , aterrando a fonte de alta tensão de entrada durante o tempo que leva para um disjuntor abrir e componentes reativos para drenar suas cargas armazenadas. Isso é comumente chamado de circuito de pé-de - cabra .

Os tiratrons foram substituídos na maioria das aplicações de baixa e média potência por dispositivos semicondutores correspondentes conhecidos como tiristores (às vezes chamados de retificadores controlados por silício ou SCRs) e triacs . No entanto, o serviço de comutação exigindo tensões acima de 20 kV e envolvendo tempos de subida muito curtos permanece dentro do domínio do tiratron.

Variações da ideia do thyratron são o krytron , o sprytron , o ignitron e a centelha disparada , todos usados ​​ainda hoje em aplicações especiais, como armas nucleares (krytron) e transmissão de energia AC / DC-AC (ignitron).

Exemplo de um pequeno tiratron

RCA marca 885 Triode Thyratron

O 885 é um pequeno tubo de tiratron, usando gás argônio . Este dispositivo foi usado extensivamente nos circuitos de base de tempo dos primeiros osciloscópios na década de 1930. Foi empregado em um circuito denominado oscilador de relaxamento . Durante a Segunda Guerra Mundial , pequenos tiratrons semelhantes ao 885 foram utilizados em pares para construir biestáveis , as células de "memória" usadas pelos primeiros computadores e máquinas de decifrar códigos . Thyratrons também foram usados ​​para controle de ângulo de fase de fontes de energia de corrente alternada (AC) em carregadores de bateria e dimmers de luz , mas estes eram geralmente de uma capacidade de manipulação de corrente maior do que o 885. O 885 é uma variante de 2,5 volts e 5 pinos baseada em o 884 / 6Q5.

Notas

Referências

  • Stokes, John, 70 Years of Radio Tubes and Valves, Vestal Press, NY, 1982, pp. 111-115.
  • Thrower, Keith, History of the British Radio Valve to 1940, MMA International, 1982, p. 30, 31, 81.
  • Hull, AW, "Gas-Filled Thermionic Valves", Trans. AIEE, 47, 1928, pp. 753–763.
  • Dados para o tipo 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

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