Декатрон

Декатро́н — многоэлектродная газоразрядная лампа с холодным катодом, предназначенная для работы в цифровых схемах счётчиков, регистров сдвига, коммутаторов, делителей частоты. Как правило, на одной лампе реализуется десятиразрядный (декадный счётчик), от этого и происходит название лампы (дека-: десять). Декатроны были вытеснены полупроводниковыми интегральными схемами в 1970-е годы. Лампы-счётчики, в которых коэффициент деления отличен от десяти, также называются полиатро́нами.

Устройство и принцип действия

Анод (в центре), катоды и подкатоды декатрона

Принцип действия двухимпульсного декатрона. N, N+1 … — индикаторные катоды. Ф1, Ф2 — первый и второй подкатоды

Наиболее проста конструкция двухимпульсного реверсивного декатрона. Вокруг единственного дискового анода расположены десять изолированных штырьков — индикаторные катоды. Между каждой парой соседних индикаторных катодов расположены два т. н. подкатода — первый и второй; все первые и все вторые подкатоды объединены двумя подкатодными шинами. Выходное напряжение снимается с резисторов, включенных между катодами и землёй. Таким образом, 10-разрядный счётчик-коммутатор имеет 13 выводов (анод, 10 катодов и 2 подкатода); существуют также декатроны-делители, в которых только один из десяти катодом имеет внешний вывод.

В состоянии покоя на подкатоды подаётся относительно небольшое положительное смещение относительно индикаторных катодов (30-40 Вольт). При подаче на анод постоянного положительного напряжения, достаточного для возникновения тлеющего разряда (130—150 В для медленных декатронов, заполненных смесью инертных газов, или 420—450 В для быстрых декатронов, заполненных водородом), разряд возникает между анодом и одним из индикаторных катодов. Разряд не может перейти ни на подкатоды (из-за положительного смещения), ни на соседние индикаторные катоды (подкатоды образуют эффективный барьер, а анодное сопротивление ограничивает ток разряда). Для того, чтобы счёт начинался именно с нулевого катода, а не с произвольно загоревшегося, на нулевой катод подаётся сбрасывающий импульс напряжением 100—150 В.

Для перемещения разряда на соседний катод следует вначале подать короткий отрицательный импульс на первый подкатод. Амплитуда импульса должна быть достаточна, чтобы потенциал подкатода опустился ниже потенциала катодов. Как только смещение на подкатоде становится отрицательным, разряд перемещается с катода на подкатод. Следующий отрицательный импульс подаётся на второй подкатод с небольшим перекрытием относительно первого, в результате разряд перескакивает на второй подкатод. При снятии второго импульса, потенциал второго подкатода возрастает, и разряд перескакивает на ближайший индикаторный катод. Хотя все катоды находятся под одним и тем же напряжением относительно общего подкатода, загорается только тот катод, который ближе всего к ионизированной зоне.

После десяти пар управляющих импульсов разряд описывает полный круг. Если конструкция подкатодов симметрична, то лампа может сдвигать разряд между катодами как по часовой стрелке, так и против неё — для этого достаточно подавать первый импульс на второй подкатод, а второй ипульс — на первый подкатод.

Особенности применения

• Скорость счёта ограничена 10..100 кГц для быстрых, водородных декатронов и единицами кГц — для декатронов, заполненных инертными газами. При этом водородные декатроны менее надежны и стабильны.
• При долговременном удерживании разряда на одном из катодом ухудшаются эмиссионные свойства других катодов, и декатрон «стареет», однако это старение до известного предела обратимо. Декатроны восстанавливаются при быстром счёте, поэтому конструкторы многоразрядных счётчиков рекомендовали периодическую ротацию ламп разных разрядов.
• Анодный ток декатронов ограничен значениями в десятые доли и единицы миллиампер, при этом рекомендуется подбирать рабочий ток в 1/2 максимального тока
• Следует строго соблюдать последовательность включения — вначале смещение, затем анодное напряжения, и в последнюю очередь — импульс сброса.

Литература

• Б. В. Кацнельсон, А. М. Калугин, А. С. Ларионов, Электровакуумные электронные и газоразрядные приборы, М., Радио и связь, 1985, с.491-505