[科普中国]-充气管整流器

充气管整流器是一种整流管，管中加热电极发射单向电子流，使管 内的惰性气体电离，从而实现整流作用。整流用的真空管中，如充入汞汽、氩或其他惰性气体的，就成为充气管整流器或充气整流管，气体充入管中，则板极所需电压就大为降低，而电流则大为增加。

基本介绍具有固体炽热阴极的气体放电二极管叫做充气管整流器。在充气管整流器内，充气管是一个整流元件，也就是只让电流单方向通过的一个仪器。

充气管(图1) 是一个玻璃泡2，泡内装置了由镍片做成双螺丝状的用电流炽热的阴极3 和阳极1(铁的或者石墨的)。在灯泡的下面部分有一点水银，因此，在抽尽空气的灯泡中，好象充满了汞气。从阳极的材料与充满灯泡的媒质方面来讲，充气管与水银灯泡没有区别。它们之间的区别以及充气管优于水银灯泡的地方，在于阴极的材料及其炽热的方法：在水银灯泡内，阴极是液体状的水银，借助于人工形成的汞弧使泡点燃；在充气整流管内阴极是固体的，借助于电流通过阴极使它炽热。

基本工作原理炽热的阴极从它的表面发射出电子，这些电子在电场的作用下，以加速度向阳极运动。在奔向阳极的路途上，电子与汞气的分子撞击，如果在撞击的时刻电子有足够的速度，则可将汞分子分成正离子与次级电子。这种现象称做电离。电子趋向阳极，离了则带着相应的电荷趋向阴极。如同在冰跟灯泡内一样，在充气管内，电流的流动主要是取决于电子向阴极的移动。沉重的汞正离子，打在螺旋丝状的阴极上，会逐渐毁坏阴极；经过一段时间以后，阴极上就有一些闪光的炽热点出现，这些闪光的炽热点使电子发射特别剧烈，结果，在这些炽热点的作用下，阴极开始熔解，充气管的机构破坏。为了增加充气管的使用期限，用屏板来防止离子直接打击阴极。

充气管整流器的运用特性充气管整流器的运用特性如下。充气管对于灯丝电流的波动感应非常灵敏，这个灯丝电流与炽热阴极的电压有关。灯丝电压的波动不应当超过额定值的和。灯丝电压的过高和过低都会迅速毁坏阴极，而破坏充气管的机构，因此在充气管整流器线路中接有所谓灯丝电压的稳定元件。

为了避免充气管过热，故不应当使充气管过载。连接了阴极灯丝之后，只有经过一定时间才可以使充气管承担负载。对于功率不大的整流器，充气管应当过热1—3分钟的时间，然后才可以把整流器接入负载。

整流器交流电变换为直流电的过程叫做整流。实现整流的装置叫做整流器。

整流器按整流的方法不同，可分为机械整流器和电子整流****器。前者是利用机械运动来实现整流的，后者是利用单方向导电的电子器件来实现整流的。

整流器中单方向导电的器件叫做整流元件。按整流元件的不同，常用的整流器可分为；真空管整流器、充气管整流器、半导体整流器、汞弧整流器和可控硅整流器等。

充气管介绍充气管(gasfilled tube)是电特性基本上是由有意引进的气体或蒸气的电离作用所决定的一种电子器件，又名离子管。在充气管内，电子在电极间运动时与气体原子和分子碰撞，产生电离现象，运动较慢的正离子抵消电子的负空间电荷作用，使管子具有电流大、内阻低的特点。充气管内放电形式取决于管子结构、气体种类、气压和外电路参数。冷阴极放电的伏安特性和放电形式如图所示。人们利用各种放电形式的不同特性制造出一系列不同性能的充气管。充气管分为冷阴极放电****管、热阴极放电管和汞弧整流器等1。

冷阴极放电管冷阴极放电管的阴极发射电子是靠二次电子来供给的，即由于放电使正离子与阴极相碰撞，产生二次电子。冷阴极放电管主要包括：稳压放电管、触发管、GM计数管和指示放电管，还有十进制计数放电管、光调制器、转换放电管等。

(1)稳压放电管：在正常辉光放电区或电晕放电区内，当电流在一定范围内变化时，电极间的电压基本不变。辉光放电稳压管用于低电压，较大电流;电晕放电稳压管用于高电压，小电流(数百伏到30 kV，1 mA左右)。用它构成的直流稳压器，当输入电源电压或与稳压管并联的负载电流变化时，流过稳压管的电流产生相应的改变，从而使负载两端的电压基本保持不变。

(2)触发管：又称为冷阴极闸流管。它是利用加到触发极(启动极)的信号来控制放电的一种冷阴极充气管、分为辉光放电型、弧光放电型和火花放电型。辉光放电触发管的电流一般为几十毫安，弧光放电型触发管的脉冲电流达几千安，高压火花放电型触发管脉冲电流可达几万安。

(3)盖革-弥勒(GM)计数管：这是放射性计数管。它由线性阳极和与阳极同轴的圆筒形阴极构成，是管内充有了惰性气体和熄灭气体的二极管。每当射线进入管子时便产生电晕放电，但由于有熄灭气体(卤素气体等)放电很快停止，成为脉冲状放电，故能够进行计数。

(4)指示放电管：主要是利用氦气的辉光放电所发出的明亮的橙色光显示数字或文字等。数码管中有0到9数字形状的细阴极线，并使之重叠，而在其对面有一个网状阳极。这种结构的数码管一直沿用至今。还制成有小型板状七段多位数码指示管。它与发光二极管和液晶等显示器件相比，成本较高，但可制成大型指示管，且色彩明亮醒目。此外，还有用等离子显示板等点阵方式制成位数多的文字、数字和图像显示，主要用于电子计算机终端等。

热阴极放电管热阴极放电管是指有热阴极充气二极管和具有控制极的闸流管。热阴极充气二极管是一种非自持弧光放电管，采用镍制阳极和钍钨阴极或金属氧化物阴极，管内充以惰性气体、氢气或汞。阴极靠热电发射电子。当阳极加正向电压达到着火电压时，气体电离，产生弧光放电；当阳极电压变负时管子不能反向导电而熄灭。管子具有单向导电性，因此利用它进行整流。钨氩整流管(Tungan管)是低压整流管(电压200V以下，电流达15A)，常用于蓄电池充电。高压整流放电管耐压可达20 kV，平均电流可达15A，常用作通信装置电源。闸流管是具有控制特性的热阴极放电管，用于可控整流。

汞弧整流器汞弧整流器是一种用石墨作阳极，用水银池作阴极，能在汞蒸气中产生自持弧光放电的充气管。电子发射来自阴极表面在强电场作用下的几个或一小片阴极辉点。汞弧整流器电压降低，能导通几万安的大电流，过载能力强，适用于大电流控制和整流;但体积大、使用不方便。近年来，它已被半导体器件所取代。

用插入水银中的引燃极来激励阴极辉点从而起动电弧的汞弧管称引燃管，其特点是电流容量大，峰值负载强，过去曾广泛用于电焊机和可控整流。

由于半导体器件的发展，某些类型的充气管(如汞弧整流器，热阴极充气二极管，十进位计数放电管，稳压放电管等)已部分地被半导体器件所取代。但有些管型，如氢闸流管、触发管、等离子体指示器等仍然有所发展，在国防及国民经济各领域中仍有应用1。

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所