闸流管的应用

（唐立森）本刊今年第8期曾介绍过闸流管的工作原理。本文想就闸流管的几个主要应用方面介绍一些基本电路，用来说明闸流管的应用特点。

闸流管有单向导电的性能，可以用来作整流器。由于闸流管的栅极能控制管子在正半周内开始导电的时刻，所以它能够控制整流电流的大小。也就是说，利用闸流管能够作成可控整流器。它的原理电路如图la所示。通过负载电阻加到闸流管屏极的是交流电压e\(_{a}\)，如图1b中的曲线1所示。要是在电子二极管的情况下，那么在ea的正半周，管子导电；在e\(_{a}\)的负半周，管子不导电。但是在闸流管的情况下，在ea的正半周内，管子是否导电，却还要决定于栅压。

大家知道，闸流管屏极上所加电压不同时，则点火栅压值也将不同。屏压越高，点火栅压越负。因此在e\(_{a}\)的正半周内，可以作出和交流屏压ea相对应的临界点火栅压曲线（图1b中的曲线2）。在临界栅压曲线上方为点火部分，即实际栅压等于或高于临界栅压时，闸流管才能点火，开始导电。闸流管栅极电路内接有负栅偏压E\(_{co}\)，使栅压经常处在临界点火栅压以下（曲线3），因此，只有当ea为正半周时在输入端加一个正脉冲，使栅压突然升高到临界点火栅压以上（曲线4），才能使管子点火，开始导电。管子点火后，屏流就不再受栅压的控制，直到屏压下降到管子的燃烧电压（管压降）以下，屏流才变为零。因此，屏流i\(_{a}\)的波形如图1b中的曲线5所示（阴影部分）。之后，在负半周中，管子中发生消电离过程，恢复栅极的控制作用，等待下一正半周某一时刻再重新导电。

如果改变正脉冲出现的时刻，就可以改变闸流管导电时间的长短，因而改变了屏流在一个周期内的平均值I\(_{a}\)。由图1b和图1c中两种情况的对比可以看到，后者由于正脉冲出现较晚，平均电流Ia就要小得多。由此可见，闸流管控制屏流的方法，不同于真空三极管中改变屏流的瞬时值，而是改变屏流的平均值，也就是改变整流器的输出直流电流。因此，我们可以方便地利用小功率的控制电源，来平滑地调节送到整流器负载去的直流电压、电流和功率。例如，在广播电台的发信机、高频感应电炉及其它工业设备的高压整流电源设备中，已成功地使用了充水银的中功率和大功率闸流管。

在实用电路中，为了使栅极控制电路简单经济，广泛采用了电阻电容移相器，如图2a所示。栅极电压和屏压取自同一电源，不过因为经过了移相器，所以栅压的相位比屏压落后一个角度α。α不同，管子开始导电的时刻也随着变化。调节R就可以改变α角的大小，从而控制直流输出。图2b和c分别表示落后角度为α\(_{1}\)和α2的两种情况。由图可见，α越大，输出直流电流越小。有些电路中，还在栅极电路中（图2a中的A、B两点之间）串接一个可变直流电压E\(_{co}\)，改变Eco的数值及交流栅压的相移，都可以改变栅压曲线和临界栅压曲线的交点，从而改变直流输出，这样更扩大了栅控的范围。

闸流管在不导电时，屏流为零，内阻可看作是无穷大，而一旦点火后，内阻变得很小，差不多接近于短路。利用这种开关特性，可以把直流电压转变成锯齿形波和尖端脉冲等特殊波形的电压。

图3a是闸流管锯齿波发生器电路。在一定的负偏压E\(_{co}\)下，闸流管只有当屏压达某一点火电压时才能导电。当刚加上Ea时，电容器C上的电压不能跃变。E\(_{a}\)通过R对C充电，C上的电压逐渐上升，当达到闸流管的点火电压Ua点时，阐流管突然导电，电容器很快地经闸流管放电（R\(_{b}\)为限流电阻，防止放电电流过大），它两端的电压迅速降低，最后降低到某一数值，不能维持管子燃烧，管子熄灭。这时Ea又重新对电容器充电，电容器两端的电压又逐渐上升。由于R甚大于闸流管导电时的内阻R\(_{i}\)与Rb之和，所以电容器充电很慢，放电很快，电容器两端得到了如图3b所示的锯齿形电压。改变R\(_{C}\)的数值就可以改变锯齿形电压的频率。由于闸流管消电离时间的限制，这种锯齿波发生器的频率不能太高，一般只能达到几十千赫。它常被用在电子示波器中作为扫描电压发生器。

如果在图3a闸流管的阴极K和地之间接一个负载电阻R\(_{L}\)，那么，当闸流管突然点火，电容器迅速通过闸流管放电时，放电电流就在电阻RL上形成尖头脉冲电压（图3c）。这样得到的尖头脉冲上升时间很短（几十毫微秒或更短）、幅度很大（达几十伏）。用真空管得到这样的脉冲是不容易的。

也可以用外加信号来控制尖头脉冲的发生，电路如图4a所示。这时E\(_{co}\)取得很负，使屏极点火电压大于直流电源Ea。这样，只有当外加信号使得控制栅压达到点火栅压时（图4b），闸流管才能导电，负载RL上才能得到尖头脉冲。因此，这种电路可以产生和外加信号频率相同的脉冲电压。

这种脉冲发生器电路常用在测量转速的闪光测速仪中。

闸流管即时动作继电器的基本电路如图5a所示。电路的目的是用本身不能流过大电流的精细接点S去控制大功率电路的启闭。例如，S是一根插在水银温度计玻璃管中的细金属丝，而屏极中的电磁继电器是用来控制电炉开关的。当温度升高到某一定值时，水银柱膨胀上升碰到金属丝，S闭合，闸流管点火，屏极电流突然增加，使继电器动作，切断电炉的供电电路，停止加热。当温度下降，S断开时，闸流管熄灭，继电器释放，电炉接通，使温度再次升高。于是这一电路可以自动控制某一容器中的温度。若接点S为其他检测机件，则这电路又可作其他的控制或报警之用。

电路的工作原理可参看图5b。先看S断开的情况。在屏压对阴极为正半周时，由于栅极接在变压器次级绕组的另一端，所以栅压对阴极正好是负半周。这个栅压设计得比临界点火栅压还负，因此管子不点火；当栅压为正半周时，屏压正好在负半周，管子仍不能点火。这时，继电器不动作。当接点S闭合时，栅极即经过栅极限流电阻R\(_{c}\)直接接到阴极上，栅压为零。屏极为正半周时，管子导电，若通过的屏流足够大，就可使继电器吸动。在屏压的负半周，屏流停止。由于通过继电器的是脉动电流，所以在继电器线圈两端并联一个电容器（一般为2～8微法），利用它的充放电作用，使通过继电器的电流平滑，避免继电器衔铁抖动的现象。

假使要求继电器在接点S接通时释放，在S断开时吸动的话，可以改用图5c的电路。

假如把图5电路中的接点S用光电管代替，当没有不照射时，相当于S断开；当有光照射时，相当于接点S接通（当然光电管导电时还具有很高的内阻），那么，利用和图5类似的电路，就可以组成光电控制的即时动作继电器了。图6a为光照动作电路（亮通继电器电路）。没有光照时，光电管相当于断路，在屏压正半周内，栅负压e\(_{g}\)控制着管子不能导电。有光照时，光电流在R0上产生的正偏压抵消了负的e\(_{g}\)，使管子导电，并从而使继电器动作。由于光电管的工作屏压为几十～几百伏，所以要将它的阳极接到供给闸流管屏压的那段次级绕组的一个抽头上。图6b为光不照动作电路（暗通继电器电路）。由于栅极经Rg和阻极接通，所以在无光照时，闸流管导电。有光照时，在闸流管屏压的正半周内，光电流在Rg上的电压降使闸流管栅压为负，并低于临界点火栅压，故闸流管不导电。由于光电管内阻很大，可以限制闸流管栅流，所以图5中所接的限流电阻R\(_{c}\)在此可以省去不用。

当然，也可以用电子管组成上述功用的继电器电路。但由于电子管屏流不够大，常常不能直接使一些功率较大的继电器吸动，而用闸流管时只要一个管子就能胜任，使电路大为简化，增加了可靠性，并降低了成本。

以上只是举了几个简单的例子。事实上，各种闸流管，也和其它电子管一样，广泛地用在通信、雷达、自动控制、测量与计算技术、医疗设备，以及其他许多国民经济部门中。只要掌握闸流管的基本特性，灵活运用，就能解决许多实际问题。