Стабилитрон тлеющего разряда — ионный газоразрядный электровакуумный прибор, предназначенный для стабилизации относительно небольших уровней напряжения.
Стабилитроны тлеющего разряда заполнены смесью инертных газов и предназначены для стабилизации напряжений от 80 В (аргоново-гелиевая и неон-криптоновая смеси) до 1,2 кВ (гелиево-неоновая смесь).
Конструкция и принцип действия
Конструктивно стабилитрон состоит из 2 коаксиальных электродов (катод снаружи), помещённых в стеклянный или металлический баллон, содержащий смесь инертных газов при давлении в десятки (30-50) мм рт. ст. Катод изготовлен из никеля либо молибдена, иногда он активируется мишметаллом. В некоторых случаях для снижения напряжения зажигания внутрь прибора вводится небольшое количество радиоактивного вещества.
Работа стабилитрона основана на свойстве тлеющего разряда не изменять падение напряжения между электродами при изменении тока. Рост тока при таком расположении электродов происходит за счёт увеличения площади катода, охваченной разрядом, при этом плотность тока в ионизированной части газа остаётся неизменной, следовательно, остаётся неизменным и падение напряжения на разрядном промежутке.
В принципе газоразрядный стабилитрон похож на неоновую лампу, но у него больше размеры катода с целью увеличения рабочего тока, а также обеспечивается большая стабильность работы за счёт очистки исходных материалов.
Существуют родственные стабилитроны коронного разряда, заполненные водородом и предназначенные для стабилизации напряжений от 0,4 до десятков кВ: они применяются в дозиметрах (радиометрах) — некоторые такие стабилитроны (СГ301С) специально разрабатывались для работы с 400-вольтовыми счётчиками Гейгера).
Основные параметры и их типичные значения
- Uстабилизации (обычно 70…170 Вольт, высоковольтные неонгелиевые до 1400 Вольт)
- Uзажигания (больше, чем Uстабилизации примерно на 20—40 %)
- Iстабилизации (от микроампер до десятков миллиампер; отношение минимального рабочего тока к максимальному от 1:4 до 1:10)
- Rвнутреннее (сотни Ом)
- Изменение напряжения стабилизации при изменении тока в рабочем диапазоне (единицы вольт для низковольтных стабилитронов)
- Изменение напряжения стабилизации во времени (десятые доли вольта для низковольтных стабилитронов)
- Температурный коэффициент напряжения (десятки мВ/°C, как для низковольтных, так и для высоковольтных приборов)
Маркировка стабилитронов в СССР
В старой системе маркировки в обозначении лампы указывались два параметра: диапазон рабочих токов и номинальное напряжение стабилизации. Например, стабилитроны типов 75С5-30, 105С5-30, 150С5-30 были рассчитаны на номинальные напряжения стабилизации 75, 105 и 150В соответственно при изменениях тока через лампу от 5 до 30мА.
В действующей системе маркировки этот принцип утрачен и все стабилитроны обозначаются буквами СГ (стабилитрон газовый)
- число — порядковый номер прибора (одно-, двух- или трёхзначное число)
- буква — конструктивное оформление (С - обычное стеклянное оформление, Б - сверхминиатюрное стеклянное, К - в керамической оболочке, П - девятиштырьковое пальчиковое, В — вибростойкое)
Пример: СГ204К.
Применение
До появления полупроводниковых стабилитронов применялись в качестве:
- параметрических стабилизаторов напряжения (при относительно маломощной нагрузке).
- источников опорного напряжения в стабилизаторах напряжения, измерительной аппаратуре.
- устройств сдвига уровней в ламповых усилителях постоянного тока.
- в релаксационных генераторах и генераторах белого шума.
Особенности использования
- Стабилитроны предназначены для работы в цепях постоянного тока. Недопустимо подавать на стабилитрон переменное или обратное постоянное напряжение (нельзя на катод подавать плюс), так как это может немедленно привести к выходу прибора из строя. На схемах анод (+) лампы обозначен чёрточкой, катод (-) - кружочком.
- Желательно, чтобы напряжение источника питания было на 10—20% выше напряжения возникновения разряда. Иначе, возможны задержки с включением стабилитрона.
- Блок питания, нагрузка и собственно стабилитрон должны быть согласованы по току и напряжению так, чтобы ток стабилитрона в любых условиях (в том числе при отключении нагрузки) был в пределах штатного диапазона.
- При обрыве тока через стабилитрон напряжение на нагрузке может превысить допустимый порог. В некоторых стабилитронах предусмотрена дополнительная защитная перемычка: если вынуть лампу из разъёма, нагрузка отсоединяется от источника питания.
- Недопустимо подключать фильтрующие ёмкости (более 0,1 мкФ) в параллель со стабилитроном. Как все устройства с гистерезисом, газоразрядный стабилитрон в связке с высокоомным источником питания и ёмкостью может порождать паразитные автоколебания.
- Нельзя включать несколько стабилитронов параллельно, поскольку из-за незначительного разброса параметров какой-то один из них зажжётся чуть раньше и ток через него может превысить допустимый.
- Последовательное соединение стабилитронов допустимо и часто встречается на практике; при этом параллельно каждому стабилитрону необходимо подключить одинаковые выравнивающие резисторы сопротивлением в 10-20 раз большим, чем сопротивление нагрузки. Общее напряжение стабилизации в этом случае равно сумме номинальных напряжений отдельных стабилитронов.