Спрайтрон / Sprytron (электровакуумная лампа)

           Спрайтрон / Sprytron — это электровакуумная лампа с холодным катодом, которая применяется в качестве управляемого сверхбыстрого коммутатора (силового ключа). Спрайтроны, в отличие от некоторых газонаполненных приборов (например, тиратрон), используют дуговой разряд. Благодаря этому спрайтроны способны управлять токами и коммутировать напряжения весьма большой величины — несколько килоампер в импульсе и десятки киловольт. В этой статье рассмотрим спрайтрон в общих чертах и пример схемы включения данной лампы.

      

           Вообще, спрайтрон был разработан как модификация другой электронной лампы — крайтрона. На сегодняшний день эти лампы всё ещё применяются в военных устройствах и в промышленности. В частности, для включения мощных ксеноновых ламп в копировальных аппаратах или на взлётно-посадочных полосах в аэропортах, в лазерах, а также в детонаторах промышленной пиротехники.

           Наиболее известным производителем крайтронов и спрайтронов была компания EG&G — Edgerton, Germeshausen, and Grier, Inc. В ассортименте этой компании были спрайтроны следующих моделей:

  • KN11B — напряжение 2,5 кВ, ток 1,5 кА;
  • KN12 — напряжение 5 кВ, ток 3 кА.

           Конструктивно спрайтрон представляет собой стеклянный, металлостеклянный или металлокерамический корпус, имеющий три вывода: анод, катод и управляющий электрод. При производстве создаётся глубокий вакуум внутри корпуса спрайтрона, что отличает его от аналогичных коммутирующих приборов, которые являются газонаполненными. Например, крайтрон заполнен инертным газом криптон.

условно-графическое изображение спрайтрон, УГО спрайтрон

           

           В зависимости от номинального значения коммутируемого напряжения, расстояние между анодом и катодом определено тем условием, чтобы это расстояние было несколько больше для возникновения разряда, благодаря этому исключается самопроизвольное включение спрайтрона.

           Подача на управляющую сетку кратковременного положительного импульса напряжения относительно катода (порядка 1 кВ) переводят спрайтрон в открытое состояние, поскольку возникают свободные электроны, отчего между анодом и катодом возникает (обычно менее чем за 30 наносекунд) электрическая дуга. За счёт нагрева от дуги материалы электродов частично испаряются, и эти частички вещества поддерживают горение дуги, благодаря чему спрайтрон остаётся во включенном состоянии.

Читайте также:  Резистор

           Спрайтроны, зачастую, коммутируют переменное напряжение промышленной частоты (50 Гц). Поэтому, чтобы отключить спрайтрон, необходимо уменьшить уровень напряжения между анодом и катодом, либо полностью снять напряжение. Спрайтроны также применяются для коммутации импульсного напряжения большой величины.

           Основной сферой применения спрайтронов — это коммутация очень мощных нагрузок, поскольку на сегодняшний день в этой сфере полупроводниковые приборы не могут составить сколь-нибудь ощутимую конкуренцию (по скорости коммутации и по уровням тока и напряжения).

           Более того, спрайтрон имеет одно очень важное преимущество: он невосприимчив к радиации, что делает его применение особенно ценным в устройствах, подразумевающие эксплуатацию при сильном воздействии радиации, например, в устройствах детонации ядерных зарядов.

крайтрон
Пример крайтронов
крайтрон
Свечение поджига в крайтроне

Спрайтрон. Схема включения

           Рассмотрим одну из типичных схем применения спрайтрона. Как уже было сказано выше, спрайтрон применяется для включения мощных импульсных ксеноновых ламп (так называемые лампы-вспышки «flashlamp»), которые являются дуговыми (источником света является электрическая дуга в колбе).

           Ниже представлена теоретическая схема включения мощной импульсной ксеноновой лампы (например, лампа HV1-734QF для взлётно-посадочных полос в аэропортах).

схема включения спрайтрон, спрайтрон, включить ксеноновая лампа
Схема включения спрайтрона для коммутации мощной импульсной ксеноновой лампы

           На схеме спрайтрон обозначен как VL1, а ксеноновая лампа — EL1. Конденсатор C2 заряжается до 1000 В через резистор R2, в то время как конденсатор C1 изначально остается незаряженным из-за резистора R1.

           Замыкая выключатель S1, конденсатор C1 заряжается через первичную обмотку специального импульсного трансформатора T1. При этом на сетку спрайтрона подается импульс напряжения порядка 1 кВ. Напряжение между сеткой и катодом является достаточным для возникновения разряда между ними. Конденсатор C2 быстро разряжается через первичную обмотку трансформатора T2 (например, ZS-1052/1), создавая импульс около 10 кВ во вторичной обмотке.

           Возникший импульс прикладывается к поджигающему электроду ксеноновой лампы, вызывающий ионизацию газа в трубке. Вследствие этого происходит электрический разряд между электродами лампы, и возникает электрическая дуга, которая в газе ксеноне начинает гореть ярким светом.

Читайте также:  Термопреобразователь сопротивления

           Сама лампа питается постоянным напряжением порядка 2 кВ, но обязательно через токоограничивающий резистор с большой мощностью рассеивания.