자체 구동 항공 우주 전자 부품에서 네온 램프의 활용 방법

존 F 케네디가 미국의 대통령이었던 암흑기에 저는 항공 우주 분야를 위한 가속 및 고도 감지 장치를 제작하는 전자 기술자로 일했습니다. 이러한 장치는 원자력 배터리에 의해 자체 구동된다는 점에서 독특했습니다. 이 배터리는 크립톤의 방사성 동위원소인 크립톤 85(Kr85)에서 방출되는 베타 입자(전극)를 캡처하는 것에 기반합니다. 예상하셨듯이 사용 가능한 전력이 1밀리와트도 되지 않았습니다. 실제로 이 배터리는 약 600pA의 정전류를 생성합니다. 이 장치에 사용된 능동 소자는 Interlight에서 제공하는 유서 깊은 NE2 램프인 WX-EGA2-0와 같은 일반 네온 램프였습니다(그림 1).

그림 1: 유서 깊은 NE-2 네온 램프가 부활하여 자체 구동 항공 우주 안전 장치에서 능동 전압 감지 스위치로 사용된 네온 램프와 유사한 Interlight WX-EGA2-0이 탄생했습니다. (이미지 출처: Interlight)

최신 장치로는 Lumex Optical Components Inc.의 GT-NE4H1125T 또는 GT-NG6H1825T가 있습니다.

네온 램프는 전압 감지 장치이며, 네온 램프는 낮은 인가 전압에서 통과하는 전류의 양이 매우 작아서 꺼집니다. 이러한 램프는 해당 모드에서 어느 정도 광 감지 및 정전기 감지를 지원하므로 금속 차폐로 폐쇄됩니다. 인가 전압이 증가하면 램프 내부의 기체가 이온화되고 램프를 통과하는 전류가 빠르게 증가하여 램프가 빛나기 시작합니다. 이 지점에서 램프는 거의 정전압 상태로 유지됩니다. 전류가 제한되지 않을 경우 램프의 전극 사이에서 아크가 발생하고 전류가 빠르게 증가하며 장치가 켜짐 상태로 전환됩니다. 이러한 특성으로 인해 네온 램프는 스위치 또는 전압 조정기로 사용될 수 있습니다.

네온 램프의 작동 방식을 알아보기 위해 고도 감지 액추에이터의 예를 들어 보겠습니다(그림 2).

그림 2: 자체 구동(원자력 배터리) 고도 감지 액추에이터는 네온 램프를 능동 소자로 사용할 수 있습니다. (이미지 출처: Art Pini)

원자력 배터리는 Kr85로 채워진 유리 앰풀로 구성되며 구리 충전관은 배터리 양극입니다. 이중 반구형 구리 재킷은 앰풀 외부에 전기 도금 처리되어 있습니다. 이러한 재킷은 이중 음극 소자를 형성합니다. 저고도 공기로 인해 음극 사이의 간격이 채워지면 Kr85의 방사선이 공기를 이온화하여 두 반구를 효과적으로 연결합니다. 커패시터 C1 및 C2는 원자력 배터리에 의해 충전됩니다.

냉음극 가스 다이오드라고도 하는 네온 램프는 다양한 용도로 사용됩니다. D3는 계열 조정기 R2와 함께 전압 조정기를 형성하여 C1 및 C2에서 정전압을 유지합니다. 고도가 높아지면 간격 내 공기압이 감소되어 전도성이 상실됩니다. 이 지점에서 전압 조정기는 C1과 분리됩니다. 전압 조정기가 회로를 벗어나면 배터리의 정전류 출력이 전압을 C1에서 인덕터 L1로 높입니다. 결과 펄스가 다이오드 D2의 차폐에 적용되어 전도성을 띄게 되고 C2에 저장된 전하가 출력 단자에 덤핑됩니다. 출력은 계전기에 동력을 공급하거나 필요에 따라 폭발성 스퀴브를 점화하며 이에 따라 네온 램프는 전압 조정기 및 능동 스위치로 작동됩니다.

초저전력 장치를 제작하여 테스트하는 것은 매우 까다로운 일입니다. 조립품과 테스트실을 세척하고 말리고, 모든 표면을 알코올로 세척해야 하며, 하나의 지문이라도 있으면 단락됩니다. 커패시터는 10¹⁵Ω의 최소 절연 저항을 가진 테플론 또는 유리 유전체로 맞춤 제작되었습니다. 주요 측정 기기로는 정전 전압계와 전위계가 있습니다.

하지만 밀봉된 장치 이전에, 대부분의 장치 테스트는 붉은 암실 조명에서 수행되어야 합니다.

결론

앞서 설명한 대로 멀티탭에서 볼 수 있는 평범한 네온 램프는 보이는 것보다 훨씬 더 많은 기능을 제공합니다. 초저전력을 사용하는 응용 분야에서 특히 유용한 전압 조정기 또는 항복 스위치 역할을 할 수도 있습니다.