閘流管,是在陰極-陽極之間有一個或多個柵極、具有控制特性的熱陰極充氣管。閘流管出現(xiàn)于20世紀20年代末。早期的閘流管為靜電控制閘流管,管內(nèi)充有惰性氣體或汞蒸氣。在第二次世界大戰(zhàn)中,隨著雷達的發(fā)展又研制出氫閘流管。
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氫閘流管的結(jié)構(gòu)如圖。柵極加上正向電壓后,陰極發(fā)射出的電子便在電場的作用下向柵極運動。在運動過程中,電子不斷與氣體分子相碰撞,使部分氣體分子電離,形成新的電子和離子。新的電子也向柵極運動,又會出現(xiàn)新的電離;而離子向陰極運動在適當?shù)臈l件下就能在極短的時間內(nèi)發(fā)生“雪崩式”過程,在陰極-柵極間形成等離子區(qū)(見氣體放電)。這時,如陽極具有足夠高的正向電壓,那么,在陽極電場的作用下,等離子區(qū)里的部分電子將得到加速,在陽極-柵極空間使氣體分子電離。陰極-柵極間的等離子區(qū)迅速擴展到陽極-柵極空間。這時,整個閘流管導通,柵極失去控制能力。只有在陽極電壓降得很低,不足以維持放電電流時,放電才會熄滅。管子在放電熄滅以后還要經(jīng)過一段消電離時間,待放電空間等離子區(qū)消失后,柵極才能恢復原來的控制功能,準備下一次工作。
閘流管靜電控制閘流管的柵極加負偏壓,信號電壓加上后,陰極發(fā)射的部分電子穿過柵極進入陽極-柵極空間,在陽極電場的作用下產(chǎn)生“雪崩式”放電,使閘流管導通。
閘流管與一般真空管相比,主要的優(yōu)點是在傳導大電流時管內(nèi)損耗很低,開關(guān)效率很高。氫閘流管脈沖狀態(tài)工作時的管壓降一般不超過200伏,靜電控制閘流管放電壓降大致接近所充氣體的電離電位。閘流管的柵極只能控制放電的開始,而不能控制放電的熄滅;同時,由于每次放電后都要有消電離時間,故管子重復工作頻率要比真空管低得多。這些均限制了閘流管的應用。靜電控制閘流管主要用于可控整流、繼電器控制等方面,但已逐漸被半導體器件所取代。
氫閘流管仍有廣泛的應用。閘流管內(nèi)充氫可以大大提高管子的工作電壓和改善頻率性能。在工作過程中,氫氣會不斷損失,故管內(nèi)裝有氫氣儲存器,以補充氫氣。在管內(nèi)充氘氣后,工作電壓可以進一步提高。氫閘流管的功率量級遠高于半導體器件,并具有很大的過載能力,因而在許多雷達裝置中,特別是在中、遠程警戒雷達中,仍用它作為調(diào)制器的開關(guān)元件。另外,在核聚變、加速器、激光、等離子體研究、航天、醫(yī)學等方面也有應用。
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