электровакуум.приборы (1084498), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Этот процесс, называемый газовым усилением, соответствует участку СР ВАХ. Область ВАХ между точками А и Р характеризует несамостоятельный разряд, поддержание которого возможно только с помощью заряженных частиц, создаваемых под действием внешних факторов. Помимо упомянутого выше космического излучения ими могут быть радиоактивность, нагрев или облучение катода.
При ослаблении действия внешних факторов ВАХ несамостоятельного разряда сдвигается влево (штриховая часть ВАХ между точками АЕ'С'Р) . 272 е~к м 80 0 -12 О ъоГ По мере дальнейшего увеличение напряжения нарастает число вторичных электронов и ионов, ионы, двигаясь к катоду, вызывают эмиссию новых электронов, последние, ускоряясь по направлению к аноду, вы. эывают ионизацию новых атомов и т.д.
При определенных усдовиях такого замкнутого цикла ионизация — эмиссия — ионизация разряд из несамостоятельной формы переходит в самостоятельную, дпя поддержания которой уже не требуется внешних ионизирующих факторов. При самостоятельном разряде воздействие внешних ионизирующих факторов несущественно, и две ветви ВАХ, соответствующие разным уровням внешних факторов, сливаются в одну (ВАХ между точками РЕЕСНКЕ) .
Участок самостоятельного разряда РЕ соответствует тихому (тауисендовскому) разряду. Напряжение на промежутке дпя этого участка называется напряжением возникновения самостоятельного разряда Ц,. Дальнейшее увеличение тока через промежуток приводит к искажению электрического поля между электродами, в результате которого основная часть перепада напряжения приклапывается к катодной области.
Вследствие этого эффективность ионизационных процессов в промежутке нарастает, а напряжение, необходимое лля поддержания разряда, падает (участок ЕЕ ВАХ) . За падающим участком ВАХ следует область плоского минимума ЕС, соответствующая нормальному тлеющему разряду и характеризуемая примерно постоянными плотностью тока и падением напряжения на промежутке 17к „, а также возникновением интенсивного свечения у катода.
Поскольку плотность тока здесь постоянна, то при увеличении полного тока пропорщюнально растет часть катода, покрытая свечением разряда. Когда вся поверхность катода светится, дальнейшее увеличение тока становится возможным лишь за счет повышения его плошости. При этом тлеющий разряд переходит из нормальной в аномальную фо рму (участок СН ВАХ) .
273 Рис. 24.2. Схема включения диоднощ таюразрядного иромежутка ея Режим сильно аномального тлеющего разряда (близко к точке Н) характеризуется интенсивным нагревом и усилением электрического поля у катода. Под воздействием этих факто. ров происходит переход от тлеющего к дуговому разряду (участок НК ВАХ). Для дугового разряда (участок К2 ВАХ, токи больше ампера) характерно увеличение плотности мощности, вьщеляемой на катоде, и локализация тока на небольшом участке — кагодном иигне, являющемся интенсивным источником термозлектронной или электростатической эмиссии.
Простейшая схема включения диодного газонаполненного промежутка изображена на рис. 24.2. То обстоятельство, по рассматриваемый прибор наполнен газом, отмечено жирной точкой на попе баллона (согласно ГОСТ любые газоразрядные приборы отмечаются таким же образом) . Из приведенной ВАХ следует, что ограничение тока через промежуток на горизонтальных участках ВАХ возможно только с помощью балластного (токоограничивающего) резистора 11в. Дифференциальное сопротивление прибора на этих участках близко к нулю, и при непосредственном подключении его к источнику напряжения Еа нипо не препятствует неограниченному нарастанию тока. Поскольку именно горизонтальные участки (тлеющего РС и дугового разрядов КК) наиболее часто используются в реальных приборах, то токоограничиваюший элемент почти всегда присутствует в схемах включения.
Для приведенной на рис. 24.2 схемы можно записать простое соотношение, связывающее токи и напряжения: (24.1) ее = Гека + с7н(т) где Сн(У) — напряжение поддержания разряда, являющееся функцией тока, Для тлеющего разряда У„ю Се„„составляет 50 — 200 В, для дугового 10 — 20 В. 24.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ИОННЫХ ПРИБОРОВ Вольт-амперная характеристика электрического разряда в газе, приведенная на рис. 24.1, часто используется дня построения классификации ионных приборов по типам разряда.
Несамостоятельные разряды, а также слаботочный таунсендовский разряд применяются в газоразрядных детекторах ионизирующих излучений. В этих приборах под воздействием ионизирующих частиц (а-частиц, рентгеновского излучения, 7-излучения и т.п.) в газовом промежутке генерируются электрон-нонные пары, 274 которые либо просто собираются на электродах (ионизацнонные камеры), либо размножаются в газовом промежутке и затем уже собираются на электродах (пропорциональные счетчики, счетчики Гейгера — Мяалера) . Широкое применение в современной радиоэлектронике нашли ириборы тлеющего разряда и в особенности индикаторы тлеющего разряда. Их распространение обусловлено малой потребляемой электрической мощностью и высоким коэффициентом.
преобразования электрической энергии в световую, а также некоторыми функциональными свойствами тлеющего разряда — возможностями запоминания и адресации информации по индикаторному полю прибора с помощью весьма простых схем управления. Поскольку дуговой разряд происходит при сравнительно больших токах, основанные на нем приборы применяются для преобразования одного вида электрической энергии в другой (переменного тока в постоянный, постоянного тока в переменный, постоянного тока в импульсный).
В приборах этой группы часта используются вентильные свойства газоразрядного промежутка, обусловленные тем, по катод змиттирует намного больше электронов, чем анод. Преобразовательные приборы дугового разряда разделяются на две подгруппы: приборы несамостоятельного дугового разряда (газотроны и тиратроны), в которых источником электронов явдяется термокатод, и приборы, самостоятельного дугового разряда с металлическим (обычно ртутным) катодом. Следует отметить, что в связи с бурным прогрессом полупроводниковой силовой электроники область применения выполняющих те же функции ионных приборов резко сузилась и они используются, и основном, для преобразования электрической энергии при высоких уровнях мощности.
Наиболее конкурентоспособными по отношению к полупроводниковым приборам оказались импульсные приборы (водородные тиратроны н клиперные диоды, применяемые в модуляторах радиолокационных станций) . Помимо перечисленных групп ионных приборов широко используются искровые разрядники (искровой разряд — сильноточная импульсная форма разряда, возникающая при высоком давлении наполняющего газа) .
Рисунок 24.1 относится к стационарному режимуразряда, искровой разряд на нем не показан. к Вй $ й „*~ 8 ,В к Я Е~а Э к нно к~и) $Е! ~ЕЕ~~ Вой - '8888 Е шксак „,„,8. 8 Е » к 88 оцо фй В'к »8»8 1Й 18 $к ноя е + + + + 1 в х + к+ ей е + к + + + + е Х ° ч + + + 1 1 'ч + + + В к 8 Е к о 6 ~»й я :$~ о в о 3 с \ Е й о к а 125.2) мг ли' = — и' кщах ш + щ г яо х 276 Глава двадцагь пятая ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ИОННЫХ ПРИБОРАХ 25.1. ЗЛЕМЕИТАРИЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕИСТВИЯ МЕЖДУ ЧАСТИЦАМИ В РАЗРЯДЕ Под воздействием электрического поля частицы в газовой среде приобретают кинетическую энергию, в результате чего между ними начинают происходить разнообразные взаимодействия — элементарные процессьь Элементарные процессы делится на две группы: упругие соударения, при которых не меняется потенпизльнан энергия участвующих во взаимодействии частиц, и неупругие соударения, сопровождающиеся переходом кинетической энергии в потенциальную или потенциальной энергии в кинетическую.
Дополнительно различают неулругие соударения первого рода, в которых потенциальная энергия в результате взаимодействия возрастает, и второго рода, в которых потенциальная энергия в результате взаимодействия уменьшается. Основные сведения о наиболее важных видах взаимодействий частиц сведены в табл. 25.1. При записи использованы следующие обозначения: йр — фотон, А,  — нейтральный атом или молекула; А" — возбужденный атом нли молекула, А'", Вм — метастабильный' атом или молекула, А', В' — положительный атомный или молекулярный ион.
Упругие соударения в основном происходят при малых энергиях электронов, когда возбуждение или ионизация невозможны и результатом взаимодействия является только передача доли кинетической энергии от электрона к атому или молекуле. Эта доля определяется формулой = 2лг /~„ 125.1) где лге — масса электрона; гпа — масса атома. Поскольку масса электрона много меньше массы атома, кс всегда мало. Значение кс изменяется от 2,78 104 для атомов Недо 5,5.10е дляатомов НВ. Неупругие соударения становятся возможными при больших энергиях электронов. Исходя из законов сохранения полной энергии системы частиц, участвующих во взаимодействии, можно найти максимальную кинетическую энергию, переходящую в потенциальную энергию, при соударении двух частиц с массами глг и т, в случае, когда частица с массой тг находится в состоянии покоя 1 От греческого мега — после, за, через. Метастабнньные атомы нлн молекулы — зто разновидность возбужленных атомов ннн молекул с большим временем жизни.
Р 8 8 й О е к Е оЕ еЕО ыЕЧ жй юоЕ где В'г — энергия частицы с массой лгз. Если первая частица — электрон, а вторая — атом (лгэ > тг), то нз (25.2) следует, что 25В'„гпях св - Вг1, т. е. вся кинетическая энергия электрона тратится на возбуждение или ионизацню. Очевидно, что возбуждение или ионизация становятся возможными при Ь', ) У~, К > 11,, где У„У,. — потенциалы возбуждения или ионизацни атома. Вероятность возбуждения нли ионизации зависит от того, насколько Вгз превышает У или Ег, Чтобы найти эту вероятность, зададим дифференциальное эффективное сечение элементарного процесса, определяемое как число соударений, испытываемых электроном на одном метре пути, которые заканчиваются данным элементарным процессом, Из этого определения вытекает, что эффективное сечение Д обратно пропорционально средней длине свободного пробега Х, т.
е, Д = 1/1г. Очевидно, что сумма таких дифференциальных эффективных сечений равна полному эффективному сечению дпя электронов (25.3) 0е = 0еу + 1сзсв + Ое1 + где Осу — дифференциальное эффективное сечение дпя упругих соударений; Дсв — дифференциальное эффективное сечение для возбуждения; Дс1 — дифференциальное эффективное сечение для ионизацни. Теперь можно найти вероятности элементарных процессов шсу = = (сзеу/0е1 шев = 1сзев/0е' озе1 = (сзе1/1сзе~ Разделив правую и левую части (25.3) на Дс, получим, что (25.4) шеу+ озев+ шег + .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
