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Thyratron
Aus Fotonexus.
Als Füllgas kommen Quecksilberdampf, Xenon, Neon, Krypton oder Wasserstoff zum Einsatz.
Zwischen Anode und Kathode wird eine hohe Spannung angelegt, die Teil des Arbeitsstromkreises ist. Eine Zündung des Füllgases kann verhindert werden, indem an das Steuergitter eine ausreichend negative Spannung angelegt wird. Bei positivem Gitterpotential (oder unbeschaltetem Gitter) kommt es zu einer Zündung des Füllgases, die eine Bogenentladung zwischen Anode und Kathode nach sich zieht und den gesamten Zwischenraum in ein leitfähiges Plasma umwandelt. Der Anodenstrom kann dann einen Wert von einigen Ampere annehmen und der Spannungsabfall zwischen Anode und Kathode, die so genannte Brennspannung, beträgt ca. 10 bis 15 V. Das Gitter wird dabei von einem Ionenbelag des Plasmas umgeben und verliert somit seinen Einfluss auf die Gasentladung. Auch durch Verringern das Gitterpotenzials kann die Bogenentladung nicht mehr unterbunden oder der Anodenstrom gesteuert werden. Das Löschen des Plasmas im Thyratron ist erst durch Verringern der Anodenspannung unter die Brennspannung oder durch Unterbrechen des Anodenstromkreises möglich.
Beschaltet man das Thyratron mit einer einstellbaren Gitterspannung und legt den Anodenstromkreis eine z.B. sinusförmige Wechselspannung an, so kann man den Zündzeitpunkt des Thyratrons innerhalb der Sinuswelle und damit den im Mittel fließenden Anodenstrom steuern. Das Thyratron verlöscht selbständig bei der negativen Halbwelle und zündet wieder bei der nächsten positiven Halbwelle. Diese Anordnung arbeitet dann ähnlich wie eine Phasenanschnittsteuerung mit einem Thyristor.
Anwendung
Thyratrons wurden bis in die 1960er Jahre zur Realisierung von steuerbaren Gleichrichtern und Phasenanschnittsteuerungen verwendet. Sie sind heute durch Thyristoren, Triacs und IGBT fast vollständig ersetzt worden.
Wasserstoff-Impuls-Thyratrons werden jedoch bis heute gefertigt, da diese besonders schnell sehr hohe Leistungen schalten können. Sie werden in Impulsgeneratoren, u. a. in Excimerlasern zur Steuerung der Pumpentladung, eingesetzt und konnten dort erst ca. 2004 teilweise durch Halbleiter ersetzt werden.
Verwandte Bauteile
Es gibt auch Thyratrons mit ungeheizter Kathode (Kaltkathoden-Thyratrons). Diese werden auch als Relaisröhren bezeichnet. Sie enthalten in der Regel eine Edelgasfüllung und unterscheiden sich von den geheizten Thyratrons in ihrem Zündverhalten: Während bei einem geheizten Thyratron eine ausreichende Spannung zwischen Anode und Kathode für die Zündung ausreicht und das Gitter nur der Unterbindung einer vorzeitigen Zündung dient, braucht die Relaisröhre zwingend einen positiven Steuerimpuls an ihrer Zündelektrode, dem so genannten "Starter". Erst wenn sich eine Glimmentladung zwischen Zündelektrode und Kathode ausgebildet hat, kann sie sich auch auf die Anode ausweiten und dort den Arbeitsstromkreis schließen. Bedingt durch die Glimmentladung, beträgt der Anodenstrom nur einige mA, während die Brennspannung bei vergleichsweise hohen Werten von ca. 100 V verbleibt. Da sie nicht geheizt werden müssen, sind Relaisröhren sofort betriebsbereit und zeichnen sich darum durch einen verschwindenden Eigenenergieverbrauch, geringen Verschleiß und hohen Eingangswiderstand im ausgeschalteten Zustand aus. Des weiteren kennzeichnen sie ihren Arbeitszustand optisch durch die Glimmentladung. Bedingt durch ihre sehr kleine Baugröße fanden sie früher in großer Stückzahl in Zeitschaltern und Telefonanlagen Verwendung.
Ignitrons arbeiten mit einer Quecksilber-Teichkathode, benötigen sehr hohe Zündströme und können Dauerleistungen im Megawatt-Bereich schalten. Das Halbleiter-Analogon zum Thyratron ist der Thyristor.
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