Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 79
Текст из файла (страница 79)
п.(дебаевская6.2)длина,существенно меньше размеров приборов. Такоепотенциалсостояние ионизированного газаназываютгазоразряднойхв) еплазмой.Типичныепараметровразрядараспределенияплазмыгазового(потенциала<р,наz) рпряженности электрическогопол.я{;,объемного заряда р,плотности токовгоjPэлектронно-д)ie• ионного ji и разрядного= ie + ji' яркости свеченияВ) приведены на рис.15.2.Можно выделить три областиразр.яда:при.катоднуюI,промежуточную П, nрианоднуюIII.LxоРис.15.2Раздел4224.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИВо многих приборах используется промежуточная область разряда, которая часто называется положительным столбом. Положительный столб характеризуетсЯ небольшим положительнымпадением потенциала. Прикатодная область называется областьюприкатодного падения потенциала.
В анодных областях разрядападение потенциала может быть как положительным, так и отрицательным, а в катодных-как правило, положительным.15.З. Приборы тлеющего разряда. Плазменные панелиТлеющий разряд используется в газоразрядных стабилизаторах напряжения (стабилитронах), в электропреобразовательныхприборах-тиратронах, в приборах отображения информации(плазменных панелях, индикаторах), в газовых лазерах, в переключающих приборах (декатронах) и т. д.Физические процессы в тлеющем разряде.
Тлеющий разрядвозникает в разрядном промежутке с холодным (неподогретым)катодом и характеризуется большим катодным падением потенциала, небольшой плотностью тока, наличием специфически выраженных катодных областей (см. рис.15.2).В непосредственной близости от катода электроны еще не набрали энергии, требующейся для возбуждения газа. Эта частьразряда не имеет свечения. Как только электроны начнут обладать энергией, достаточной для прямого или ступенчатого возбуждения частиц газа, возникает свечение, обусловленное девозбуждением атомов и молекул газа. Эта область разряда называется катодной светящейся пленкой (область1,см. рис.15.2, а).Таккак энергия электронов по мере их продвижения к аноду возрастает, то вероятность возбуждения атома падает из-за уменьшенияэффективного сечения взаимодействия при больших энергияхэлектронов, что приводит к уменьшению яркости свечения в этойобласти по сравнению с предыдущей (пространство между областями1 и 2 на рис.
15.2, а).Однако здесь происходит интенсивное возбуждение большого числа различных атомных уровней и ионизация атомов. Число электронов лавины быстро возрастает.Область тлеющего разряда, непосредственно примыкающая ккатодному падению, называется областью отрицательного илитлеющего свечения (область2на рис.15.2,а). В этой области ещеимеется значительная доля электронов, сохранивiпих направленную скорость, приобретенную на катодном падении.Глава15.Газоразрядные приборы и индикаторы423За областью тлеющего свечения лежит темная область, гдепреобладаетсм. рис.15.2,беспорядочное движение электронов(область3,а, б). Положительные ионы здесь уравновешивают пространственный заряд электронов (см.
рис.15.2, г),что приводит к уменьшению градиента потенциала. Абсолютное значение потенциала в этой области может несколько снижаться из-запроскакивания наиболее быстрых электронов, летящих от катодачерез область максимума потенциала (см. рис.15.2, б).В рассматриваемой части разряда и в начале следующей (область4)наблюдается наибольшая концентрация медленных электронов и положительных ионов, двигающихся в сторону катода, а также создаются благоприятные условия для излучательной рекомбинацииэлектронов и ионов, как видно из рис.15.2, а.При дальнейшем продвижении к аноду вдоль области4порядочное тепловое движение электронов сохраняется,беса потенциал <р(х) незначительно возрастает (область положительного столба (ПС)) (см. рис.15.2,б, область11).
Увеличение потенциала обеспечивает медленный дрейф электронов к аноду иобъясняется небольшим преобладанием концентрации положительных ионов в плазме столба. Что касается продольной (в направлении анода) напряженности электрического поляэтой области она остается постоянной (см. рис.15.2,{5,то вв).
Электрический ток в ПС переносится параллельно оси разряда за счетдрейфа ионов по направлению осевого электрического поля, аэлектронов-ступаетсторонысопротив этого поля. В прикатодные области ПС покатодавединицувременировностолькоэлектронов, сколько необходимо для поддержания заданной величины электрического тока в разряде. Аналогично этому столько ионов, сколько необходимо для поддержания ионной компоненты тока, поступает из прианодной области. Поскольку с поверхности анода никакой эмиссии положительных ионов нет,обеднение прианодной областиIIIионами должно непрерывнопополняться в ней за счет добавочной ионизации газа электронами, что реализуется благодаря большей напряженности поля вэтой области по сравнению с продольной напряженностью в ПС(см.
рис.15.2, в).Если с помощью внешнего переменного резистора, включенного в анодную цепь (см. рис.15.1),изменять величину разрядноготока от нуля, то сначала возникает несамостоятельный разряд, который происходит только при наличии внешнего ионизатора. Начало самостоятельного тлеющего разряда характеризуется тем, чтоРаздел4244.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИпри некотором напряжении между электродами (напряжения зажигания) и соответствующем токе разряда у поверхности одногоиз участков катода, где существует наибольшая напряженностьполя и наибольшая эмиссия электронов, образуете.я область (столбик) повышенной ионизации газа, т.
е. в этом объеме разряда процессы ионизации преобладают над рекомбинацией и диффузиейзаряженных частиц в окружающее пространство. После образования такого столбика плотность разрядного тока достигает нормальной плотности тока тлеющего разряда (см. рис.15.2, д),определяемой сочетанием материала катода и природы газа и малозависящей от давления газа. При дальнейшем увеличении токаразряда в некотором диапазоне его плотность не изменяется. Возрастание тока приводит лишь к расширению столбика, т. е. области катода, охваченной разрядом, при этом падение напряжения на разряде практически не меняется. Описанные процессыхарактерны для нормального тлеющего разряда, ВАХ :которого (зависимость выходного напряжения от тока через прибор) представлена на рис.15.3.Постоянство выходного напряжения при изменении тока через прибор (в области значений от Iст.
мин до Iст. макс•см. рис.15.3) лежитв основе работы стабилитронов, тиратронов,газоразрядных панелей, некоторых типов лазеров и т. д.Когда в разряде участвует вся поверхность катода, обращенная к аноду, то дальнейшее уменьшение сопротивления и увеличение разрядного токаприводит ксущественному увеличениюразрядного напряжения. В этом случае плотность тока у катода икатодное падение потенциала превышают нормальные значения.Такая форма разряда называется аномальным тлеющим разрядом.После перехода в аномальный тлеющий разряд ВАХ приборастановится резко возрастающей(см.
рис.Аномальныйтлеющий разряд15.3).При аномальном тлеющемразряде из-за высокого напряжения энергия ионов, бомбардирующих катод, существенноНормальныйтлеющий разрядвозрастает. Это приводит к дополнительномуверхностиразогревукатода,чтопобудетприводить к увеличению терО[ст.мин/ст.максРис.15.3моэмиссиисповерхностикатода.
Дополнительные электроны сталкиваются с атомамиГлава15.Газоразрядные приборы и индикаторы425и ионизируют их. В результате ток разряда резко увеличивается и аномальная форма тлеющего разряда переходит в дуговую(см. п.15.4).Многие черты чисто плазменных процессов, без учета приэлектродных явлений, характерных для тлеющего и дуговогоразрядов в постоянном электрическом поле, свойственны и разрядам в быстропеременных полях, в которых наличие электродов в разрядном промежутке, что имеет место в разряде на постоянном токе, вообще не является обязательным. Поэтому разряды часто классифицируют исключая признаки, связанные сэлектродными и приэлектродными эффектами.
К таким признакамотносятся:характерсостоянияионизированногогазапри действии внешнего поля и частотный диапазон поля. Попервому признаку основные черты разряда в переменных поляхсовпадают с разрядом на постоянном токе. По признаку частотыfразряды разделяются на следующие типы:1)постоянные, низкочастотные и не слишком кратковременные импульсные электрические поля, при которых свободные электроны за характерные времена изменения разряда успевают достичь электродов2)(f ~ 102 ... 105 Гц);высокочастотные (ВЧ) поля (радиочастотный разряд f~ 10 5... 108 Гц), в которых явления наиболее сложны имногообразны;3)сверхвысокочастотные (СВЧ) поля, для разрядов которых характерна малость амплитуды пространственных колебанийэлектрона по сравнению с размерами разрядного объема.В СВЧ-разрядах электроны и ионы при их движении под действиемполянедостигаютстенок,ограничивающихразряд.Эмиссионные процессы не играют роли, электронная лавина локализована.ВЧ-разряд занимает промежуточное состояние между разрядом на постоянном токе и СВЧ-разр.Ядом.По способу возбуждения разряды в переменных полях разделяются на индУкцнонные и емкостные.
В инду1щионных разрядах длязажигания используются индукционные катушки (соленоиды),изолированные от разрядного промежутка и формирующие переменное электромагнитное поле в разрядном промежутке.В емкостных разрядах применяются внешние электроды, изолированные диэлектриком от рабочего плазменного объема.Стабилитроны. Это двухэлектродные газоразрядные приборы,предназначенные для стабилизации напряжения. Катод стаби-Раздел4264.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИлитрона выполнен в виде полого цилиндра с активированнойвнутренней поверхностью. Стержневой анод располагается поосикатодавнутринего,т.
е.поверхностьанодасущественноменьше ·поверхности катода. Оба электрода помещаются в стеклянный баллон, который наполняется смесью инертных газов(Ne-Ar, He-Ar и др.), давление которых колеблется от 10- 1 До104 Па.БАХ стабилитрона совпадает с характеристикой нормального тлеющего разряда (см. рис. 15.3). Постоянное напряжение горения тлеющего разряда называется напряжением стабилизации (Ист' см. рис.15.3).Токи, соответствующие БАХ тлею-щего разряда, максимальный /ст. макс и минимальный /ст.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
