Стабилитрон тлеющего разряда

Стабилитро́н тле́ющего разря́да — 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).

Стабилизация напряжения газонаполненными стабилитронами обусловлено их нелинейной вольт-амперной характеристики, возникающей за счет ударной ионизации и характерной тем, что напряжение тлеющего разряда после зажигания газового разряда почти не зависит от протекающего через прибор тока. Рост тока сопровождается увеличением площади катода, охваченной разрядом, а плотность тока в ионизированной части газа остаётся неизменной, следовательно, остаётся почти неизменным и падение напряжения на приборе.

Конструктивно стабилитрон состоит из 2 коаксиальных цилиндрических электродов (катод снаружи), помещённых в стеклянный или металлический баллон, наполненный смесью 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, например, криптона-85^[1].

На электрических принципиальных схемах принято анод (+) прибора обозначать чёртой, катод (-) — кружочком.

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 кВ до десятков киловольт: они применяются в дозиметрах (радиометрах) — некоторые такие стабилитроны (СГ301С) специально разрабатывались для работы с 400-вольтовыми счётчиками Гейгера).

Не следует путать газовые стабилитроны с газовыми разрядниками — последние представляют собой неполярные приборы для экстренной защиты от перенапряжения, способные пропускать через себя очень большой ток (КилоАмперы); они работают в режиме искрового разряда.

• U_{стабилизации} (обычно 70—170 Вольт, высоковольтные неон-гелиевые до 1400 Вольт).
• U_{зажигания} (больше, чем U_{стабилизации} примерно на 20—40 %).
• I_{стабилизации} (от единиц до десятков миллиампер; отношение минимального рабочего тока к максимальному от 1:4 до 1:10).
• R_{внутреннее} (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^[2] мВ/°C, как для низковольтных, так и для высоковольтных приборов).

В старой системе маркировки в обозначении лампы указывались два параметра: диапазон рабочих токов и номинальное напряжение стабилизации. Например, стабилитроны типов 75С5-30^[3], 105С5-30^[4], 150С5-30^[5] были рассчитаны на номинальные напряжения стабилизации 75, 105 и 150 В соответственно при изменениях тока через лампу от 5 до 30 мА.

В действующей системе маркировки этот принцип утрачен и все стабилитроны обозначаются буквами СГ (стабилитрон газовый)^[6]

• 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 обозначения: СГ204К.

До появления полупроводниковых стабилитронов применялись в качестве:

• параметрических стабилизаторов напряжения (при относительно маломощной нагрузке);
• источников опорного напряжения в стабилизаторах напряжения, измерительной аппаратуре;
• устройств межкаскадного сдвига уровней в ламповых усилителях постоянного тока;
• в релаксационных генераторах и генераторах белого шума.

• 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.
• Желательно, чтобы напряжение источника питания было не менее чем на 10—20 % выше напряжения зажигания. 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. Обычно применяется токоограничивающий резистор.
• При обрыве тока через стабилитрон напряжение на нагрузке может превысить допустимый порог. В некоторых стабилитронах предусмотрена дополнительная защитная перемычка: если вынуть прибор из разъёма, нагрузка отсоединяется от источника питания.
• Недопустимо подключать фильтрующие ёмкости (более 0,001 мкФ) параллельно стабилитрону. Как все устройства с гистерезисом вольт-амперной характеристики, газоразрядный стабилитрон в таком включении с высокоомным источником питания и конденсатором может порождать паразитные автоколебания.
• Нельзя включать несколько стабилитронов параллельно, поскольку из-за незначительного разброса параметров какой-то один из них зажжётся при некотором напряжении, зажигание одного стабилитрона не даст зажечься другим и ток через горящий стабилитрон может превысить допустимый.
• Последовательное соединение стабилитронов допустимо и часто применяется на практике для повышения напряжения стабилизации. При этом параллельно каждому стабилитрону необходимо подключить одинаковые выравнивающие резисторы сопротивлением в 10—20 раз большим, чем сопротивление нагрузки (вместо резисторов иногда применяются выравнивающие конденсаторы^[7]). Общее напряжение стабилизации в этом случае равно сумме номинальных напряжений стабилизации отдельных стабилитронов.
• Из-за абсорбции наполняющего газа в деталях прибора и в стенках оболочки напряжение стабилизации в процессе эксплуатации изменяется, стабилитроны являются изнашиваемыми деталями и поэтому после старения их необходимо заменять.

• Кацнельсон Б. В., Калугин А. М., Ларионов А. С. Электровакуумные электронные и ионные приборы. — М.: Энергия, 1976. — С. 465—490.
• Кацнельсон Б. В., Калугин А. М., Ларионов А. С. Электровакуумные электронные и газоразрядные приборы. — М.: Радио и связь, 1985. — С. 474—485.
• Еркин А. М. Лампы с холодным катодом. Массовая радиобиблиотека, выпуск 803. — 2-е изд.. — М.: Энергия, 1972. — Т. 21−24.
• Генис А. А., Горнштейн И. Л., Пугач А. Б. Приборы тлеющего разряда. — Киев: Техніка, 1970. — С. 92—93, 150—151.
• Ремонт войсковых дозиметрических приборов. — М.: Военное изд-во Министерства обороны, 1963. — С. 25.