Газорозрядними, або іонними. називають електронні прилади, в яких використовується електричний розряд в газовому середовищі, що супроводжується спрямованим рухом електронів та іонів. Величина струму, що протікає через іонний прилад, залежить від багатьох чинників, а виникнення струму обумовлено зіткненням вільних електронів з атомами газу та іонізацією газу. Процес іонізації газу наростає лавиноподібно, тому для обмеження струму послідовно з газорозрядним приладом включають обмежувальний резистор.
За способом отримання позитивних іонів розрізняють розряди: самостійний, що виникає під дією електричного поля, і несамостійний, для підтримки якого, крім електричного поля. потрібен зовнішній джерело енергії, що забезпечує початкову іонізацію. За щільністю струму в розрядному проміжку розрізняють темний, тліючий і дугового розряди.
Схема включення іонного приладу і вольт-амперна характеристика електричного розряду наведені на рис. 1, а, б.
Недоліками вакуумних і іонних приладів є: невеликий термін служби, великий внутрішній опір, а отже, і велике падіння напруги; необхідність стабілізації струму розжарення.
Мал. 1. Газорозрядний прилад
Неонова лампа - газосвітних прилад тліючого розряду, має два електроди різної форми, поміщених в газонаповнений балон. Розряд неонової лампи відбувається при токах невеликої величини і порівняно великій напрузі. Початкова іонізація тут відбувається під дією зовнішніх чинників (радіоактивних випромінювань, космічних променів і т. Д.). При збільшенні напруги між електродами до 60-220 В (напруга запалювання) вільні електрони початкової іонізації розганяються до швидкостей, достатніх для іонізації газу, тому процес іонізації протікає лавиноподібно.
Величина струму розряду обмежується баластовим резистором до 10-20 мА (див. Рис. 1, а). Після запалювання лампи на її електродах встановлюється постійна напруга горіння Uг. яке трохи менше напруги запалювання. Неонові лампи, що дають оранжево-червоне свічення, використовують як сигнальні, їх можна застосовувати також як переключають елементи.
Стабілітрон конструктивно відрізняється від неонової лампи. Катод виконаний у вигляді циліндра, з внутрішньої сторони його приварена нікелева дріт. Анод розташований по осі циліндра (рис. 2, а). Тліючий розряд виникає спочатку між дротом і анодом, потім, коли концентрація іонів в міжелектродному просторі підвищиться, він переходить на основний катод. Принцип стабілізації напруги полягає в тому, що напруга на обмеженому резисторі Rв може бути визначено з виразу:
При зміні е. д. з. Е джерела змінюється його ток, що викликає відповідну зміну напруги Uв. Якщо при цьому струм не вийде за межі від Iст до Iст + ΔI, то напруги на стабілітроні і відповідно на навантаженні залишаться практично незмінними. Напруга на баластному резистори зміниться на ту величину, на яку змінилася е. д. з. джерела (рис. 2, б).
Стабілітрони виконують на стандартні величини стабілізованих напруг, маркують літерами СГ - стабілізатор газовий. Стабілітрони можуть бути виконані на кілька значень стабілізованих напруг. У цьому випадку між катодом і анодом розташовують кілька електродів, потенціали яких визначаються потенціалами відповідних точок межелектродного простору (рис. 2, в, г).
Декатрон - газорозрядне прилад з холодним катодом, має один анод і десять симетрично розташованих навколо нього катодів. Розряд підтримується між анодом і одним з катодів. Керуючими імпульсами розряд може перекладатися з одного катода на інший. Застосовують декатрон в цифрових приладах.
До приладів з несамостійним розрядом відносяться газотрон і тиратрон з подогревним катодом (рис. 3).
Мал. 2. Іонні прилади
Мал. 3. Іонні прилади: газотрон (I), його умовне позначення (II) і вольт-амперна характеристика (III); б - тиратрон (I), його анодно-сіткова (II) і вольт-амперна (III) характеристики
Газотрон є вентильним приладом, пропускає великі струми в одному напрямку. Це двохелектродна лампа дугового розряду, балон якої заповнений парами ртуті або криптон-ксеноновим сумішшю при тиску 0,01-0,5 мм рт. ст. Аноди виготовляють з графіту або нікелю, катоди - у вигляді оксидированной вольфрамової спіралі.
При включенні напруження катод розігрівається і починає еміттірованних електрони. Якщо на анод подати позитивний потенціал (позитивна полуволна), електрони почнуть рухатися до анода, стикатися з молекулами наповнювача і іонізувати їх. Цей процес наростає лавиноподібно і призводить до дугового розряду. Внутрішній опір газотрона різко падає, і падіння напруги Uгор на ньому, навіть при великих анодних струмах, виявляється рівним 10-12 В. При переході від позитивного напівперіоду до негативного (на аноді - мінус) дугового розряд припиняється, але якщо зворотна напруга стане вище допустимого , газотрон може пробити і вентильні властивості його порушаться. Позначення Газотрон: гг1 -газотрон газонаповнений, гр1 - газотрон з ртутним наповненням. Застосовуються як випрямлячі.
Тиратрон на відміну від газотрона має третій електрод - сітку і по суті являє собою газонаповнений триод. Якщо на сітку тиратрона подати значний негативний потенціал, то навіть при наявності анодного напруги тиратрон не загорається.
При зменшенні негативного потенціалу сітки в якийсь момент настає запалювання тиратрона, внутрішній опір його падає, а струм, що протікає через тиратрон, зростає. Момент запалювання залежить від співвідношення між напруженнями на аноді і на сітці.
Процес запалювання тиратрона залежить від багатьох факторів (температури, зовнішніх випромінювань і т. Д.), Тому пускова характеристика представляється у вигляді деякої пусковий області.
Точки, розташовані вище пусковий області, визначають запалене стан тиратрона. Таким чином, регулюючи напругу на сітці, можна регулювати величину випрямленої напруги, тому тиратрон називають керованим вентилем.
Тиратрони з подогревним катодами маркують: ТГ1 - газонаповнений, ТР1 - з ртутним наповненням. Тиратрони з холодними катодами (МТХ) є приладами тліючого розряду.
Для усунення недоліків трьохелектродні тиратрони можна виконувати многосеточние. Застосовують їх як випрямлячі з регулюванням величини випрямленої напруги.