氖燈是如何助力自供電式航天電子設備的
發布時間：2022-10-24 10:40
發布者：eechina
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來源：Digi-Key 作者： Art Pini 回到那個昏暗的年代，當約翰·肯尼迪擔任美國總統時，我作為一名電子技術員制造用于航空航天的加速和高度檢測裝置。這些裝置的獨特之處在于它們是依靠核電池自行供電的。這種電池基于捕捉氪 85 (Kr85) 發射的 β 粒子（電子）——氪的放射性同位素。你能夠想象到，可用功率是幾分之一毫瓦。事實上，這些電池將產生大約 600 pA 的恒定電流。這些設備中使用的有源元件是非常普遍的氖燈——現由 Interlight 提供的 WX-EGA2-0，類似歷史久遠的 NE2 燈（圖 1）。 
圖 1：老舊的 NE-2 氖燈現已變成了 Interlight WX-EGA2-0，類似于在自供電航空安全設備中用作有源電壓敏感型開關的氖燈。（圖片來源：Interlight） 更現代的設備是 Lumex Optical Components Inc. 提供的 GT-NE4H1125T 或者 GT-NG6H1825T。 氖燈是對電壓敏感的設備。在低電壓下，氖燈基本是熄滅的，只有很小的電流流過。這種模式下，這種燈對光和靜電有些敏感，所以被封閉在金屬屏蔽罩中。隨著所施加電壓的增大，燈內的氣體發生離子化，此時流經燈的電流迅速增大并開始發光。此時，燈上的電壓近似穩定。如果電流不受限，燈會在其電極之間產生電弧，電流迅速增大，設備處于開啟狀態。由于這些特性，氖燈可用作開關或穩壓器。 讓我們以對海拔高度敏感的執行器為例說明這一點（圖 2）。
圖 2：一個自供電（核電池）的高度敏感執行器可以使用氖燈作為有源設備。（圖片來源：Art Pini） 核電池由充滿 Kr85 的玻璃安瓿組成。銅填充管是核電池的陽極。玻璃安瓿外部是兩個半球形的電鍍銅套。這些部件形成了一個雙陰極元件。低海拔時空氣充滿了陰極之間的間隙，來自 Kr85 的輻射使空氣電離，將兩個半球有效地連接在一起。電容器 C1 和 C2 由核電池充電。 我們將氖燈稱作冷陰極氣體二極管，它有幾個用途。D3 與其串聯電阻 R2 起構成一個穩壓器，可使 C1 和 C2 上的電壓保持恒定。隨著海拔的升高，間隙中的的氣壓降低，直至間隙變得不導電。此時，穩壓器從 C1 斷開。隨著穩壓器脫離電路，電池的恒流輸出使得從 C1 進入電感 L1 的電壓升高。由此產生的脈沖被施加到二極管 D2 的屏蔽層上，使其導通。這就把 C2 上儲存的電荷傾瀉到輸出端。輸出端可以根據需要給繼電器通電或激發電爆。因此，氖燈作為穩壓器和有源開關運行。 制造和測試這些功耗極低的設備是一個相當大的挑戰。組裝和測試室必須保持干凈、干燥。所有的表面都需要用酒精清洗；即便一個指紋也能形成短路。電容器是定制的，使用特氟隆或玻璃電介質，其最小絕緣電阻為 1015 Ω。關鍵測量儀器是靜電電壓計和靜電計。 需要指出的是，在設備密封之前所做的大部分設備測試都是在紅色的暗室燈下進行的。 結語 正如我們討論的那樣，插線板上的氖燈看起來不起眼，但其能力比看上去要強大得多。氖燈還可用作穩壓器或擊穿開關，這在功率極低的應用中特別有用。 |
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