Koude-kathode-buizen vreemde onderdelen

Als twee elektroden worden aangebracht in een glazen omhulsel dat is gevuld met neon of een ander gas onder lage druk en er wordt voldoende spanning op de elektroden gezet, dan zal het gas op een gegeven moment ioniseren en zal het gas rond de negatieve elektrode (de kathode) gaan gloeien – oranje voor neon, andere kleuren voor andere gassen. Dit zijn de zogenaamde ‘koude-kathode-buizen’ omdat de kathode niet wordt verhit, in tegenstelling tot thermionische buizen (“Wat is een buis eigenlijk, papa?”). Op basis van dit effect is een groot aantal apparaten ontworpen, waarvan ik er hier een paar de revue laat passeren.
 

De eenvoudigste koude-kathode-buis is de neonlamp. Deze (en laagspannings-gloeilampjes) waren de meestgebruikte ‘aan’-lampjes in de dagen voor de komst van LED’s. Ze ioniseren bij ongeveer 90 V (de ‘ontsteek’- of ‘doorslag’-spanning) en eenmaal geïoniseerd blijven gloeien bij een spanning van ongeveer 65 V (de ‘houd’-spanning). Dit verschil impliceert een gebied met negatieve weerstand in de V/I-curve van de lamp (figuur 1), zodat het mogelijk is een relaxatie-oscillator met een neonlamp, een weerstand en een condensator te construeren (figuur 2).

Vanwege de negatieve weerstandskarakteristiek moet je, als je een neonlamp wilt gebruiken als spanningsindicator voor wisselstroom, er een weerstand in serie mee plaatsen – meestal 220 kΩ gebruikt bij 230 V wisselstroom. Als de stroom niet wordt begrensd, zal de lamp een zeer korte levensduur hebben. Neonlampen hebben symmetrische elektroden en als je ze met wisselstroom gebruikt, gloeien beide elektroden (figuur 3).

 

De bekende neonreclames op bekende plaatsen als Piccadilly Circus en Times Square maken gebruik van hetzelfde effect. Er wordt een speciaal gevormde buis met neon of een ander gas gebruikt, soms met een kleine hoeveelheid kwik, en er kunnen verschillende kleuren worden geproduceerd. Nog meer kleuren zijn mogelijk door een fluorescerende fosforlaag aan de binnenkant van het glas aan te brengen. Deze lange buizen hebben ongeveer 30.000 V nodig om te ontsteken.

Ook nog uit het goede oude buizentijdperk zijn de spanningsregelbuizen. Dat waren speciaal geconstrueerde neonbuizen (meestal gemengd met andere gassen) waarover een uiterst constante spanning viel als ze eenmaal ‘ontstoken’ waren. Populaire modellen waren de OA2 (150 V), OB2 (106 V) en 85A2 (85 V). Deze buizen waren het glazen equivalent van de huidige zenerdiodes. De bedrijfsstroom varieerde van 1 mA tot ongeveer 40 mA.

Tegenwoordig genieten Nixiebuizen nog steeds een grote populariteit (figuur 4). Deze voorlopers van de nu alomtegenwoordige zeven-segment-displays waren gewoon veredelde neonbuizen, maar dan met tien kathodes, elk in de vorm van een cijfer. Ze boden een zeer natuurlijk ogend display en er zijn mensen (waaronder ik) die ze mooi vinden en verkiezen boven moderne displays.

Ook flitsbuizen (figuur 5), gebruikt in cameraflitsers en stroboscopen, worden nog steeds veel gebruikt. Deze gebruiken voornamelijk xenongas als vulling. Ze hebben twee hoofdelektroden en een kleinere triggerelektrode in de buurt van één of beide hoofdelektroden. Als er een paar honderd volt op de hoofdelektroden wordt gezet, zorgt een hoogspanningspuls op de triggerelektrode ervoor dat het gas tussen de twee hoofdelektroden ook wordt geïoniseerd, waardoor de heldere witte flits ontstaat die we allemaal kennen en liefhebben..
 

Een ander veel gebruikte buis is de gasontlading-overspanningsbeveiliging (figuur 6). Dit zijn componenten met twee of drie aansluitingen, bestaande uit een glazen of keramische buis met een elektrode aan elk uiteinde en een in het midden. De middelste elektrode is meestal geaard en de twee buitenste elektroden zijn verbonden met bijvoorbeeld een telefoonlijn. Elke spanning die hoger is dan de doorslagspanning zorgt ervoor dat het de component wordt getriggerd en de spanning begrenst; op die manier biedt de component beveiliging tegen spanningspieken.

Er zijn legio andere koude-kathode-componenten. Fluorescentielampen gebruiken meestal een verhitte kathode, maar er zijn ook types met koude kathode, met name die types die worden gebruikt voor de achtergrondverlichting van telefoondisplays. Vroeger werden kwik-booggelijkrichters gebruikt voor gelijkrichting; thyratrons zijn de voorlopers van de SCR’s van tegenwoordig. Dekatrons waren telbuizen die als tiendeler werden gebruikt – lang voordat de 7490 en 4017 zelfs maar op pepier bestonden. Maar aan deze componenten kan (en zal hopelijk) een eigen artikel worden gewijd.
 

Vragen of opmerkingen?

Nebt u technische vragen of opmerkingen hebt naar aanleiding van dit artikel? Stuur een e-mail naar de redactie van Elektor via redactie@elektor.com.