大家对氖管并不陌生。常用的试电笔就是由氖管和一个高值电阻串联构成的。但是氖管具有什么性质,它还有哪些用途呢?
典型的氖管如图1a所示。在充气(氖或氩)的管泡中放置一对相互靠近的金属电极。电极和金属管帽相连。在电路图中,代表氖管的符号如图1b所示。在通常情况下,惰性气体是不导电的,因此其电阻值为无穷大。当管子两端加上电压时,随着电压的变化,将出现图2所示的伏安特性曲线。


起先,当电压从零逐渐增加时,I=0,这表明气体是绝缘的。当电压增加到某一定值V\(_{r}\)时(A点),电流I由零突增至某值Ir(B点),氖管燃亮。这是由于气体在高电场作用下发生电离,电离后产生的离子和电子参与导电的结果。电压V\(_{r}\)是一个重要的参量,称为着火电压(或起辉电压)。
现在若再增加电压,则曲线将沿BC移动。我们看到,随着电压的增加,电流也相应地增加。但是电压不能超过V\(_{r}\)太多,否则将有过多的电流流过,使管子损坏。
有趣的是另一部分曲线BDE。如果把电压降回到B点,并由B点继续降压,那么,这时管子两端的电压虽然小于着火电压,但仍然保持电离的状态。而且,随着电压的减小,电流后而增加,这就是所谓负阻现象(BD段)。这时管子一直保持亮着。当电压降到V\(_{p}\)时(D点),管子就不能再保持电离状态,电流由Ip突降为0,氖管熄灭。V\(_{p}\)称为管子的熄灭电压。氖管的一种典型数值是:Vr=80伏,V\(_{p}\)=75伏。
以下举例说明氖管的各种用途。
1.直流指示
氛管与一电阻R串联,如图3所示,即成一最简单的指示器。只要外加电压V>V\(_{r}\),则不论负载电阻R的大小如何,氖管必然起辉,起辉后的电压和电流由负载线和特性曲线的交点而定。但为使管子有一定的亮度,又不损坏管子,通常R约5O0千欧~10兆欧,视具体情况而定。

在常用的乙电电源装置中,若把上述氖管指示器连在直流输出端,则不及可以指示电源开关是否接通,而且可以指示是否有直流输出和直流电的正负端(负端亮,正端暗,由辉光亮度又可大致估计输出电压的大小。
在电子管二时位计数器中,是由许多个双稳态触发器相联级成。把氖管指示器并联于每一个双稳态触发器中某一电子管(例如右半管)的屏极负载上,就可以指示每一级的通断状态,直接读出数来。
2.交流指示
上述指示器也可用于交流,只不过交流电的电压是周期变化的,只有当其数值大于V\(_{r}\)时,管子才能起辉。与直流指示相比较,有两点区别:①直流批示时是始终放光的,交流时是断续放光的(每周期放光两次)。但每次放光情况相同,而变化又较快,故眼睛看到的仍是较恒定的光。②直流时是单极放光,交流时是双极放光。这也是区分直流,交流的一种方法。
图4所示的是三相电源指示器。当某一相线出问题时,该路氖管不亮,便于检查。和通常采用的灯泡指示器相比,具有耗电少、寿命长、体积小等优点。

图5表示出用氖管做的音量指示器,其中T为大功率扩音机的输出变压器,氖管指示器和其高阻输出端相连。如果输出电压大于氖管的起辉电压,氖管就会燃亮,由氖管的辉光亮度就可以判断音量的大小。对于输出电压较小的小功率扩音机,可将氖管指示器串上一个隔直流电容器,一起并联在输出变压器的初级线圈上。

在大功率的有线广播电台中,其输出线路往往达几十对之多,如果每对线上都安装了氖管指示器,则对于值班机务员随时了解各路情况、发现问题是极有用的。
交流电压的峰值小于V\(_{r}\),也能用氖管指示,只要适当设计电路即可。图6就是一例。在无交流信号时,氖管上电压由直流偏压决定,为1/3×200=66.6伏。设起辉电夺Vr=80伏,则只要另外加上80-66.6=13.4伏电压即可起辉。10伏以上的交流电压,其峰值均大于14伏,故都能指示出来。类似的电路常用于录音机中,用以指示音量。

3.锯齿波振荡器
利用氖管可以作成锯齿波振荡器,如图7a所示。

当接上电源后,C\(_{1}\)开始通过R1充电,电压逐渐增加(参看图7b)。当V=V\(_{r}\)时,氖管导电,C1通过电阻较小的氖管放电,电压下降;降至V\(_{p}\)时,管子熄灭,电阻极大,于是C1停止放电,又开始由电源通过R\(_{1}\)充电,于是C1上的电压又上升,到V\(_{r}\)时氖管又亮,电压又下降。这样循环下去,就得到图7b所示的一连串锯齿波。此电路可作为简单的音频振荡器。若电路中串接一电键,则可用为电码练习器。
由于氖管电离和复合需要较长的时间,因此这种振荡器的频率不能太高,最大的为几个千赫。典型的值是C\(_{1}\)=0.1微法,R1=1兆欧,V\(_{0}\)=90伏,振荡频率约400赫。
这种扩荡器还可用作电琴,只要适当选择R\(_{1}\)和C1的数值,就可得到各种音频。因其输出不是正弦波,而是锯齿波,故谐波甚多,音色丰富。
4.脉冲发生器
最近,国外杂志介绍了一种氖管脉冲发生器,可用于电视机检修。线路图如图8a所示。输入电压由硅整流器整流得半波脉动电压。当V>V\(_{r}\)时,氖管导电,C1经氖管充电,氖管两端电压下降,氖管又熄灭。然后,C\(_{1}\)经R1放电,C\(_{1}\)上电压减小,氖管上电压又增加,可能重新导电。

如果电压在V\(_{r}\)以上的时间间隔τ(图8b)很小,C1来不及在这一时间内放电到较低电压,使氖管重新燃亮,那么在时间τ内就只有一个脉冲。当输入电压增大,使τ随着增加时,每周内也可以输出三个、五个或更多的脉冲(图8B)。输山脉冲数与输入电压的实验关系见附表。
输入电压V. 58 64 72 81 85 90 102 107 114 120 122 130 134 140
每周脉冲数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
因为这些脉冲和交流电源同步,而许多电视台也和电源同步,因此它可以作为一稳定的同步脉冲发生器,用来检修电视机。当其输出加于显象管的阴极或栅极时,将产生一组白线式黑线(视接法而定)。
5.稳压器
利用氖管可以作为稳压器。但由于氖管允许通过的电流不大,性能又不太稳定,故实际上不太使用。

图9表示一用氖管稳压的线路。整流后的半波脉动电压依靠C\(_{1}\)的充电及氖管电离放电而达一较稳定的电压。这里负载为一盖革计数管,负载电阻极大,故可用。(佘觉觉)