Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 78
Текст из файла (страница 78)
д. В' интервалах междуимпульсамипроисходитустановлениеравновесныхраспределений энергетических состояний атомов и молекул газа.Наиболее распространенными параметрами газовых разрядов, используемых в приборах,являются следующие: плотность разрядного тока, напряженность электрического поляразряде, давление газа р, диаметр канала разрядание давления на диаметрpd,d,{5 впроизведеотношение {5/р. Свойства разрядовГлава15.417Газоразрядные приборы и индикаторысильно зависят от граничных условий, рода газа, характера изменения напряжения, давления газа и т. д.Приборы, построенные на основе газового разряда, в настоящее время находят применение в мощной силовой электротехнической и радиотехнической аппаратуре, в энергетических установках, в технологии, в том числе и в области микроэлектроники, в лазерной технике, в различных радиотехнических иэлектронных устройствах и т.
д. Кроме того, ГРП широко применяются в индикаторной технике.Индикаторные приборы. В гл.12 ужебыли рассмотрены некоторые типы приборов, используемых как индикаторы-этоэлектронно-лучевые приборы (трубки). В этой главе будут суммированы сведения об индикаторах и рассмотрены основныетипы электронных приборов, используемых в качестве средствотображения информации.Индикатором называется электронный прибор, предназначенный Для преобразования электрических сигналов в изображение с определенным пространственным распределением яркости или контраста.Все типы индикаторов могут быть разбиты на две группы: активные и пассивные. В активных индикаторах происходит преобразование электрической энергии' в световую за счет использования следующих физических эффектов: свечения накаленных телв вакууме, низковольтной катодолюминесценции (возбуждение твердого тела потоком быстрых частиц), свечения газового разряда, электролюминесценции.
На основе этих явлений разработаны следующие типы активныхнакаливаемые,индикаторов:электронно-лучевые, вакуумныевакуумные люминесцентные,газоразрядные,полупроводниковые (светодиоды, электролюминесцентные конденсаторы).В пассивных индикаторах под воздействием электрических полезныхсигналовизменяютсялокальные оптическиехарактеристики среды, что позволяет изменять в пространстве и времениамплитуду, фазу, длину световой волны, плоскость поляризациии направление распространения волн. Наибольшее применениев пассивных индикаторах получила модуляция интенсивностисвета. Для модуляции светового потока широко используютсяэлектрооптические эффекты в жидких кристаллах, электрохромныйэффект (изменение цвета вещества под действием электрического поля), электрофорез (перемещение заряженных цветовых частиц под действием электрического поля).14 -6779418Раздел4.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИРазличные типы индикаторов могут быть разбиты на следующие группы: знакомодулирующие,в которых световой илиэлектронный пучок профилируется по форме знака; знакогенерирующие, в которых знаки синтезируются по принципу фигур Лиссажу; знакосинтезирующие, в которых изображение формируется спомощью мозаики независимо управляемых элементов-преобразователей «сигнал-код».
По характеру отображений информации индикаторы всех типов делятся на единичные (точечные),шкальные, цифровые и буквенно-цифровые (одно- и многоразрядные), матричные и мнемонические (мнемосхема-это условное изображение объектов, их состояния, процессов, явлений).15.2. Элементарныепроцессы в газовых разрядахДвижение электронов и ионов в разрядном промежутке, формируемом двумя электродами (один из которыхгой-катод (рис.15.1)),-анод, а друопределяется как действием электрического поля, так и беспорядочнь1м перемещением, обусловленнымих взаимодействием с частицами газовой среды. Под взаимодействием двух частиц понимается любое вынужденное изменение характеристик их движения или внутреннего состояния при сближении.
Все процессы взаимодействия между частицами в газовом1разряде делятся на упругие и неупругие. При упругих взаимодействиях (столкновениях) суммарная кинетическая энергия взаимодействующих частиц остается постоянной. Для неупругих взаимодействий характерно изменение суммарной кинетической энергиичастиц, которое обусловлено изменением их внутренней энергии. Если суммарная кинетическая энергия взаимодействую·щих частиц убывает, то внутренняя энергия по крайней мереодной из частиц возрастает (неупругие столкновения первого рода)и, наоборот, если кинетическая энергия растет, то внутренняяэнергия хотя бы одной из частиц уменьшается (неупругие столкновения второго рода).Упругое взаимодействие, или рассеяние, приводит к превра·щению направленного потока частиц в беспорядочное, хаотичес·кое движение. В газоразрядныхРазрядный промежутокприборах наиболее существеннытри типа упругих взаимодействий:L1) электрон-электронные;2) атом•атомные, ион-атомные,ион-ионные; 3) электрон-атомРис.15.1ные и электрон-ионные.1Глава15.Газоразрядные приборы и индикаторы419В газовых разрядах, как и в твердом теле, вероятность столкновения частиц характеризуется эффективным и полным сечением взаимодействия.
Под эффективным сечением взаимодействия понимают суммарную площадь, в пределах которой реализуется столкновение. Полное сечение процесса равно произведениюэффективного сечения на концентрацию взаимодействующихчастиц.Сечения взаимодействий сильно зависят от относительныхскоростей частиц. При малой степени ионизации газа, когдачисло ионов составляет 10-5 ••• 10-4 от числа атомов, наибольшую роль играют электрон-электронные взаимодействия,засчет которых функция распределения частиц по энергиям становится функцией ·максвелла. При распределении Максвелласредняя кинетическая энергия хаотического движения частицопределяется их температурой, которая для отдельного сортачастиц, особенно электронов и ионов, сильно отличаете.я от окружающей температуры.
Это связано с тем, что в условиях разр.яда заряженные частицы приобретают энергию, ускоряясь вэлектрическом поле. Из-за упругих столкновений энергия отзаряженных частиц передаете.я нейтральным, вследствие чегонаправленноевдольпол.яперемещениезаряженныхчастиц(дрейф) превращается в хаотическое движение. Увеличение средней энергии хаотического движения различно для разных частиц. Наиболее интенсивно обмениваются энергией частицы сблизкими массами, т. е.
ионы с атомами и электроны между собой. При упругом соударении электрона с атомом практическине происходит обмена энергией из-за большой разницы их масс.Температура атомов Та приближаете.я к температуре ионовTiтолько в дуговых разрядах очень большой плотности из-за высокой степени ионизации и большой частоты соударений. В разр.ядах, которые используются в приборах, температуры частицсильно различаются (Те-температура электронов): Те»Температура частиц зависит от произведенияpd,Ti >Та.рода газа, наличия магнитных полей и т. д.К неупругим столкновениям 1-го рода, играющим определяющую роль в приборах, относятся следующие процессы:1) возбуждение атомов электронным ударом - ё +А= е +А*(е, е - соответственно быстрый и медленный электроны,А, А* - соответственно невозбужденный и возбужденныйатомы);14"Раздел4202)4.ПРИБОРЫ ОТQБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИступенчатое электронное возбуждение(А**--е+ А*=е+ А**атом, перешедший на более высокий энергетический уровень с уровня, соответствующего А*);3)ионизация-е +А=2е+ А+ (А+ -положительный ион).В результате этих неупругих взаимодействий часть кинетической энергии электронов переходит в энергию возбуждения или ионизации.При взаимодействии медленного электрона е с возбужденным атомом А* возможно столкновение 2-го рода е +А*= е +А.Этот процесс называется электронным девозбуждением и является основным при разрушении возбужденных состояний.Обобщаясказанное,отметим,чтоупругиестолкновенияприводят к установлению определенной температуры частиц вгазовом разряде.
Электронная температура Те определяет вероятность большинства неупругих взаимодействий (возбуждение,ионизация, девозбуждение, ступенчатое возбуждение).Переход возбужденных атомов, ионов и молекул в более' низкие энергетические состояния, включая основное, а также процесс рекомбинации электрона с ионом часто сопровождаютс:Я излучением фотона. Спектр оптического излучения в газовом разряде простирается от ИК до глубокой УФ области (вплоть дорентгеновского излучения).Рассмотрим некоторые общие физические процесс:Ь1, характерные для любого вида электрического разряда в газе. Первоначальные свободные электроны и ионы в газе могут появитьсяза счет внешних световых потоков, ионизирующих излученийразличной природы, термоэмиссии, фотоэмиссии с поверхностикатода и т. д.
Если к электродам разрядного промежутка приложеновнешнеепостоянноенапряжениеплюсомканоду,тоэлектроны начинают перемещаться по направлению к аноду, аположительные ионы-к катоду.У становившиеся разряды в постоянном электрическом полеможно разделить на несамостоятельные и самостоятельные. Несамостоятельные разряды при подаче напряжения на электроды существуют только при наличии внешних ионизирующих источников. В газоразрядных приборах используются самостоятельные разряды, которые существуют (возникают) в условиях,когда внешний ионизирующий источник, например фоновоеионизирующее излучение, оптическое излучение, тепловое излучение и т.
д., необязательны или даже вообще отсутствуют. Основным процессом ионизации газа в разрядах такого типа является ударная ионизация (ионизация электронным ударом).Глава15.421Газоразрядные приборы и индикаторыРазность потенциалов в разрядном промежутке, при которойэлектроны приобретают энергию, достаточную для возбуждения (ионизации) нейтральных атомов, называют напряжениемвозбуждения (ионизации). Первоначальные электроны, набрав энергию в электрическом поле, будут ионизировать молекулы или атомы газа.
В результате появляются добавочные свободные эле.ктроны, число которых нарастает при движении к аноду, так как они,в свою очередь, та.кже участвуют в процессе ударной ионизации.Образовавшиеся в результате ионизации атомов положительныеионы перемещаются по направлению к катоду и выбивают с егоповерхности новые электроны, которые, в свою очередь, такжеучаствуют в ионизации.
Таким образом, число электронов лавинообразно увеличивается до установления стационарного состояния, определяемого параметрамиБ/d,pd,родом газа, конфигурацией электродов, внешними ионизирующими источниками, материалом и температурой катода,сопротивлением внешней цепиа)Ви рядом других факторов.4Чаще всего в разрядах реализуется ситуация, при которой суммарные объемные заряхды электронов и ионов равны,а деба~вский радиус экранированиясм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
