Сургитрон¶

Сургитрон — это электровакуумный прибор, газоразрядный диод тлеющего разряда, предназначенный для защиты электрических цепей от перенапряжений. Принцип действия основан на резком переходе газа в разрядной камере из не проводящего состояния в проводящее при достижении на электродах определённого напряжения (напряжения зажигания). После пробоя сургитрон шунтирует цепь, отводя опасный ток, и возвращается в исходное состояние после снятия напряжения.

¶История

Сургитроны были разработаны в середине XX века, в период активного развития газоразрядных технологий. В СССР и России они выпускались под обозначениями типа РВ (разрядник вентильный) и применялись в системах связи, железнодорожной автоматике и промышленной электронике. С развитием полупроводниковой элементной базы (варисторов и супрессоров) сургитроны утратили доминирующее положение, однако продолжают использоваться в специализированных областях благодаря уникальным свойствам — способности пропускать большие импульсные токи и низкой собственной ёмкости.

¶Устройство и принцип работы

Основными элементами сургитрона являются:

• Герметичный баллон (стеклянный или керамический), заполненный инертным газом или смесью газов (неон, аргон, водород) при пониженном давлении.
• Два электрода (анод и катод), расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.
• Внешние выводы для монтажа в цепь.

В рабочем режиме (нормальное напряжение) газ в баллоне является диэлектриком, и ток через прибор практически отсутствует (ток утечки — единицы микроампер). При воздействии импульса перенапряжения, превышающего напряжение зажигания, происходит ионизация газа и образование дугового или тлеющего разряда. Сопротивление прибора падает до долей ома, и он отводит импульсный ток на землю или на общий провод, ограничивая напряжение на защищаемом оборудовании.

После окончания импульса, когда напряжение снижается ниже напряжения горения разряда, сургитрон гаснет и восстанавливает свои изоляционные свойства. Время срабатывания составляет единицы микросекунд, что медленнее полупроводниковых защитных элементов, но достаточно для защиты от грозовых разрядов и коммутационных помех.

¶Характеристики и классификация

Основные электрические параметры сургитронов:

• Напряжение зажигания — от 60 до 1000 В и выше, выбирается в зависимости от рабочего напряжения защищаемой цепи.
• Импульсный ток — способность пропускать токи от сотен ампер до десятков килоампер (при длительности импульса 8/20 мкс).
• Ёмкость — малая (1–5 пФ), что важно для высокочастотных цепей.
• Сопротивление в проводящем состоянии — доли ома.
• Ресурс — количество допустимых срабатываний (от сотен до тысяч импульсов).

По конструкции различают двухэлектродные (симметричные) и трёхэлектродные (с управляющим электродом) сургитроны. Трёхэлектродные позволяют снизить напряжение зажигания за счёт подачи управляющего импульса.

¶Применение

Сургитроны применяются в следующих областях:

• Защита линий связи (телефонные линии, линии передачи данных) от грозовых перенапряжений и наводок от силовых линий.
• Защита радиоэлектронной аппаратуры — входные каскады приёмников, измерительные приборы.
• Железнодорожная автоматика — защита релейных схем и сигнальных устройств от коммутационных помех.
• Военная и космическая техника — благодаря радиационной стойкости и широкому температурному диапазону.

Недостатками сургитронов являются ограниченный ресурс, деградация параметров после многократных срабатываний и зависимость напряжения зажигания от скорости нарастания импульса (при очень крутых фронтах напряжение зажигания может возрастать). Для устранения последнего недостатка сургитроны часто комбинируют с варисторами или TVS-диодами, которые срабатывают быстрее и берут на себя начальную часть импульса.

¶Сравнение с альтернативными защитными элементами

Таким образом, сургитрон остаётся оптимальным выбором для защиты цепей с высокими требованиями к импульсной мощности и низкой ёмкости, где допустима задержка срабатывания в несколько микросекунд.

¶Источники

• Гусев В. Г., Гусев Ю. М. «Электроника и микропроцессорная техника».
• Каплан В. М. «Газоразрядные приборы и их применение».
• Справочник по электрическим аппаратам под ред. Ю. К. Розанова.