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Thyratron

Thyratron (altgr. Kunstwort, etwa Torvorrichtung) ist die Bezeichnung für einen über ein Gitter steuerbaren gasgefüllten Röhrengleichrichter mit Glühkathode, der vom Aufbau her einer Triode ähnelt. Als Füllgas kommen Quecksilberdampf, Xenon, Neon, Krypton oder Wasserstoff zum Einsatz.

Inhaltsverzeichnis

Funktion

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 je nach Spezifikation einen Wert von einigen bis einigen tausend 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.

Legt man an den Anodenstromkreis eine z.B. sinusförmige Wechselspannung an und steuert die Gitterspannung entsprechend, so kann man den Zündzeitpunkt des Thyratrons innerhalb der positiven Sinus-Halbwelle und damit den im Mittel fließenden Anodenstrom steuern. Das Thyratron verlöscht dann selbständig bei der negativen Halbwelle und zündet wieder bei der nächsten positiven Halbwelle. Diese Anordnung arbeitet dann als Phasenanschnittsteuerung, wie sie heute mit Thyristoren oder Triacs realisiert wird.

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

Kaltkathoden-Thyratron

Es gibt auch Thyratrons mit ungeheizter Kathode, sogenannte Kaltkathoden-Thyratrons. Diese werden auch als Relaisröhren bezeichnet. Sie enthalten eine Edelgasfüllung und unterscheiden sich von den geheizten Thyratrons in ihrem Zündverhalten: Während ein geheiztes Thyratron bei ausreichender Spannung zwischen Anode und Kathode auch bei unbeschaltetem Gitter oder Gitterspannung Null zündet, braucht die Relaisröhre zur Zündung einen positiven Steuerimpuls an ihrer Zündelektrode (dem „Starter“). Erst wenn sich eine Glimmentladung zwischen Zündelektrode und Kathode ausgebildet hat, kann diese sich auch auf die Anode ausweiten und dort den Arbeitsstromkreis schließen. Bedingt durch den Betrieb im Bereich einer Glimmentladung beträgt der Anodenstrom nur einige mA, die Brennspannung verbleibt bei vergleichsweise hohen Werten von ca. 100 V.

Da Relaisröhren nicht geheizt zu werden brauchen, sind sie sofort betriebsbereit und haben vor dem Zünden keinen Energieverbrauch. Relaisröhren haben, da sie keine Glühkathode besitzen, eine große Lebensdauer. Sie haben im ausgeschalteten Zustand einen sehr hohen Eingangswiderstand. Daher und aufgrund ihrer geringen Größe fanden sie früher in großer Stückzahl in Zeitrelais und Telefonanlagen Verwendung. Ihren Arbeitszustand signalisieren sie optisch durch die Glimmentladung.

Ignitron

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.