[科普中国]-充气整流管

充气整流管是一种充有水银蒸气或氖、氩、氦等惰性气体的二极管。工作时，管内形成大量气体正离子，并向着阴极运动，积聚在阴极附近的正离子便将电子的空间电荷中和，排除了真空整流管中所具有的空间电荷的不良影响，管子内阻大大降低，使管压降变得很小(普通电子管的电压降要比充气管的大很多倍)。充气整流管因其内阻小，故其效率比真空二极整流管要高得多。其具有正向着火电压低，管压降低，反向耐压高的特点，最高反向耐压达8000V，主要用于发动机 电容式点火装置。1

简介充有惰性气体或汞蒸汽的热阴极两极管称为热阴极充气整流管。充气整流管的结构和符号见右图1。

用在中等电压和高电压热阴极充气整流管中的阴极，一般是氧化物阴极。通常阴极加有保热罩以提高加热效率。阳极由金属或石墨制成。

当阴极加热到足够高的温度时，阴极发射电子。如果阳极加上对阴极为正的电位，则电子在电场作用下向阳极运动，使与其碰撞的气体分子发生激发和电离，引起弧光放电。热阴极充气整流管中弧光放电的特点是放电的非自持性，就是说，在阴极停止加热时，电弧就熄灭了。

充气整流管的主要载流子是电子。放电形成的大量正离子向阴极运动，积聚在阴极附近的正离子抵消了电子的空间电荷，使充气管可以在很小的管压降(10～20伏)下流通很大的电流(达几十到几百安)。2

分类常用的充气整流管有以下几种：

汞汽整流管如图2所示是一种汞汽整流管的结构及其符号图。斜线表示泡子中充有气体。充气整流管的阴极经常采用直热式或旁热式氧化物阴极。为避免灯蒜两端发生电弧裸压不得超过几伏特。

小功率充气整流管的屏极是一个镍制的圆盘，而在大功率的电子管中剐是由石墨制成的牛球体。屏极引线经常在管顶引出。在泡子的下部通常积有一些汞珠。3

氩气整流管氩气整流管中充满了压力为数毫米水银柱的氩气。其阴极是用钍钼合金制的直热式阴极，屏极一般用镍制成。这种充气整流管有两个屏极，它们都毫无例外地用作低压全波整流。这种充气整流管的外形如图2所示。氢气整流管和汞气整流管相此较，其优点是：它可以在-30到+50℃温度范围内工作，阴极加热的时同极短(约为20~30秒)，甚至可以将两极和屏极电源同时接通，氩气整流管常作蓄电池充电、放大器供电以及供其他目的用。3

注意事项充气整流管使用时必须遵守下列规则(同样适用于其他热阴极离子器件)：

(1)必须注意规定的环境温度，特别是充汞的整流管，汞滴往往留在管颈的底部，管内汞蒸汽的压力受环境温度的影响。若充气整流管的温度太低，则管内气压过低，电子在从阴极到阳极的途中，与汞分子碰撞的机会太少。为了得到足够的电离，必须增加电压来增加电子的动能，以提高电离的几率。所以管压降增加，正离子轰击阴极的能量增加，阴极寿命缩短。但另一方面，如果充气整流管温度太高，管内气压过高，容易产生反弧(反向通导，也称逆弧)。

(2)运用时阴极必须充分预热，倘若阳极电压加得过早，那么由于阴极温度不够高，不能供给足够的电流，需要高的电压才能维持弧光放电。结果电流微小而管压降很高，正离子以很大能量冲击阴极，阴极就有被破坏的危险。而且对于充汞的管子来说，汞也要经过相当时间的加热(热量由阴极辐射供给)才会产生适当的蒸汽压强。不然，由于电离几率太小，管压降也会增高。所以通常小型充气整流管需要预热3～6分钟，大型的管子需要预热30分钟。

(3)阳极电流不能超过规定的最大值。阳极最大电流受阴极发射的限制，如果阳极电流超过最大值，管压降升高，也使阴极容易损坏。

(4)灯丝电压的数值应保持规定值。因为灯丝电压过高，会使灯丝两端形成气体放电，使灯丝发生短路。如果灯丝电压过低，必然阴极发射不足，管压降升高，对阴极不利。

(5)对于长期搁置不用的或经过搬运震动的充气整流管，在运用以前必须长时间进行加热。特别是充汞的管子，更需注意。因为经过震动以后，汞往往附着在阳极上，容易发生反弧。经过长时间加热，待附在阳极上的汞全部蒸发，方可正常工作。2

实际应用在半导体整流电路普遍采用以前，充气整流管在车载收音机上曾经流行过一段时间。因为这种电子管的阴极是通过离子的反向冲击加热，不需要有另外的加热电路。这种充气整流管的缺点是寿命较短、射频噪音大。产生射频噪音的原因是整流管内板极阴极之间的气体在导通与截止两种状态不断变化。这种状态过渡非常突然，会产生许多大电流脉冲，从而在变压器的副边以及与其连接的电路上引起震激，产生射频振荡。这是一种持续100～120Hz的蜂鸣声(又称调制噪音)，非常令人讨厌。4

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所