Введение

Сборка электродов на обоих концах изолированной трубки, заполненной газом, создающая видимые разряды или используемая для коммутации.

Газонаполненная трубка, также известная как разрядная трубка или ранее как трубка Плюккера, представляет собой конструкцию, состоящую из электродов в газе, заключенных в изолирующую, термостойкую оболочку. Газонаполненные трубки используют явления, связанные с электрическим разрядом в газах, и работают путем ионизации газа при приложении напряжения, достаточного для возникновения электрической проводимости посредством явлений, лежащих в основе таунсендовского разряда. Газоразрядная лампа – это электрический источник света, использующий газонаполненную трубку; к ним относятся люминесцентные лампы, металлогалогенные лампы, натриевые лампы и неоновые лампы. Специализированные газонаполненные трубки, такие как критроны, тиратроны и игнитроны, используются в качестве коммутационных устройств в электрических приборах. Напряжение, необходимое для инициирования и поддержания разряда, зависит от давления и состава газа-наполнителя, а также от геометрии трубки. Хотя оболочка обычно стеклянная, в мощных трубках часто используется керамика, а в военных – стекло, покрытое металлом. Встречаются как устройства с горячим, так и с холодным катодом.

Водород

Водород используется в лампах, применяемых для очень быстрого переключения, например, в некоторых тиратронах, декатронах и критронах, где необходимы очень крутые фронты импульсов. Время нарастания и спада импульсов для водорода значительно меньше, чем для других газов.

Деутерий

Дейтерий используется в ультрафиолетовых лампах для ультрафиолетовой спектроскопии, в трубках генераторов нейтронов и в специальных лампах (например, кроссатронах). Он обладает более высоким пробивным напряжением, чем водород. В быстродействующих трубках он применяется вместо водорода там, где требуется работа при высоком напряжении. Электроды подвергаются повреждениям при воздействии высокоскоростных ионов. Нейтральные атомы газа замедляют ионы посредством столкновений и уменьшают энергию, передаваемую электродам при ионной бомбардировке. Газы с большой молекулярной массой, например ксенон, лучше защищают электроды, чем более легкие, например неон. Гелий используется в гелиево-неоновых лазерах и в некоторых тиратронах, рассчитанных на большие токи и напряжения. Гелий обеспечивает примерно такое же короткое время деионизации, как водород, но выдерживает меньшее напряжение, поэтому его применяют реже. Неон имеет низкое напряжение зажигания и часто используется в лампах низкого напряжения. Разряд в неоне излучает относительно яркий красный свет; неоновые лампы переключения, таким образом, также служат индикаторами, светящимися красным при включении. Это используется в декатронных лампах, которые выполняют функции счетчиков и индикаторов. Его красный свет используется в неоновых вывесках. Применяется в люминесцентных лампах высокой мощности и малой длины, например, в промышленных светильниках. Он имеет большее падение напряжения по сравнению с аргоном и криптоном. Его небольшая атомная масса обеспечивает лишь слабую защиту электродов от ускоренных ионов; для увеличения срока службы анода можно использовать дополнительные экранирующие провода или пластины. В люминесцентных лампах он используется в сочетании с ртутью. Радон, несмотря на то, что является инертным газом, опасно радиоактивен, а его наиболее стабильный изотоп имеет период полураспада менее четырех дней. Следовательно, он редко используется в электронных устройствах. Смеси Пеннинга применяются там, где требуется более низкое напряжение ионизации, например, в неоновых лампах, счетчиках Гейгера-Мюллера и других газонаполненных детекторах частиц. Классическая комбинация состоит примерно из 98–99,5% неона и 0,5–2% аргона и используется, например, в неоновых лампах и в монохромных плазменных дисплеях.

Чистота газа

Газ в трубке должен быть чистым для поддержания требуемых свойств; даже небольшое количество примесей может резко изменить параметры трубки. Присутствие неинертных газов обычно повышает напряжение пробоя и горения. Наличие примесей можно определить по изменению цвета свечения газа. Попадание воздуха в трубку приводит к появлению кислорода, который обладает высокой электроотрицательностью и подавляет образование электронных лавин. Это делает разряд бледным, молочным или красноватым. Следы паров ртути светятся голубоватым цветом, маскируя исходный цвет газа. Пары магния окрашивают разряд в зеленый цвет. Для предотвращения дегазации компонентов трубки во время работы необходимо проводить предварительный отжиг перед заполнением газом и герметизацией. Для получения высококачественных трубок требуется тщательная дегазация; даже давление в 10−8 торр (≈1 мкПа) кислорода достаточно для образования мономолекулярного оксидного слоя на электродах за несколько часов. Неинертные газы могут быть удалены с помощью подходящих геттеров. Для трубок, содержащих ртуть, следует использовать геттеры, не образующие амальгамы с ртутью (например, цирконий, но не барий). Катодное распыление может быть преднамеренно использовано для поглощения неинертных газов; некоторые эталонные трубки используют для этой цели молибденовые катоды.

Трубы для освещения и отображения, заполненные газом

Флуоресцентные лампы, лампы CFL, ртутные и натриевые лампы, а также лампы HID – все это газонаполненные трубки, используемые для освещения. Неоновые лампы и неоновые вывески (большинство из которых в наши дни не основаны на неоне) также являются газовыми трубками низкого давления. К специализированным историческим газонаполненным трубкам низкого давления относятся индикаторные трубки Никсie (используемые для отображения цифр) и декатроны (используемые для подсчета или деления импульсов, с функцией индикации как вторичной). Ксеноновые лампы-вспышки – это газонаполненные трубки, применяемые в фотоаппаратах и стробоскопах для создания ярких вспышек света. Недавно разработанные серные лампы также являются газонаполненными трубками в нагретом состоянии.

Устройства питания

Некоторые важные примеры включают тиратроны, критроны и игнитроны, которые используются для коммутации токов высокого напряжения. Специализированный тип газонаполненной трубки, называемый газоразрядной трубкой (GDT), изготавливается для применения в качестве ограничителей перенапряжений, чтобы подавлять скачки напряжения в электрических и электронных схемах.

Вычислительные трубки

Эффект Шмидта в области отрицательного дифференциального сопротивления может быть использован для реализации таймеров, релаксационных генераторов и цифровых схем с использованием неоновых ламп, триггерных трубок, релейных ламп, декатронов и индикаторных трубок. Тиратроны также могут применяться как триоды при работе ниже напряжения ионизации, что позволяет им усиливать аналоговые сигналы в качестве самогасящего сверхрегенеративного детектора в приемниках радиоуправления.

Диоды шумового воздействия

Горячие катодные газоразрядные шумные диоды были доступны в обычных стеклянных колбах радиотруб для частот до УВЧ, а также в виде длинных тонких стеклянных трубок с обычным байонетным цоколем для нити накала и верхним колпачком для анода – для СВЧ-частот и диагонального ввода в волновод. Они заполнялись чистым инертным газом, например, неоном, поскольку смеси делали выходную мощность зависимой от температуры. Напряжение горения составляло менее 200 В, но для зажигания требовалась оптическая инициация лампой накаливания мощностью 2 Вт и импульс напряжения в диапазоне 5 кВ. Один миниатюрный тиратрон нашёл дополнительное применение в качестве источника шума при работе в режиме диода в поперечном магнитном поле.

Трубы регулировщиков напряжения

В середине 20-го века широко использовались стабилитроны.

Измерение прошедшего времени

Катодное распыление используется в приборе Time Totalizer – металлическом парометре-кулонометре, измеряющем прошедшее время, в котором распыленный металл осаждается на коллекторный элемент, сопротивление которого вследствие этого медленно снижается.