электровакуум.приборы (1084498), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Эта поправка для напряжения возникновения разряда У в чистых газах равна потенциалу ионизации тсг, в пеннинговых смесях — потенциалу метастабильного состояния Цю Для э! напряжений поддержания разряда поправка Ц в газах, где концентрация метастабильных атомов значительна, равна Цю в остальных газах У.. Соответствующие формулы имеют вид для напряжения возникнос вения разрясщ: эснСн = ~' 1п( /7)/анен (25.45) и для напряжения поддержания разряда (сн = (с + 1п(1 + 1/7)/э2эф. (25 4б)' Необход мые для расчетов эначе я Г', Г", Чюех Ч, Хк,но (Е/Ро)оРс (Е/Ро) эф, 1п(1+ 1/7) пРиведены в табл.
25.3 и 25;4, 295 25.6. ДУГОВОЙ РАЗРЯД ху 3$ зйя ОВ44 х ,й е О 4ч $ $ 2 0 В 44 Ф $ $ М4 4". 4Ч Ы ю О Ы 4. О4- 44 О О е Ю Ь4 ЗП 4444 4Ч 44 Е М Г. 44 44 4 4 4 ~,У ТОТ ~. 'О О 4 4 44 44 44 44 ООООО ООООО й х 'в ~ 44 и \ и я в 44 И 44 О 44 44 44 ООООО ООООО 44О О Ы 44 4Ч а ~О О е 45 4ч4"О 44 4пмт~.О т 4 ОМ 44 44 44 ж О Е + ь,х~йО О % ° е х~ Б В Р4 297 При увеличении тока свечение разряда покрывает всю поверхность катода и тлеющий разряд переходит из своей нормальной формы и аномальную. При этом перестройка объемного заряда продолжается таким образом, что толщина катодного падения становится меньше, чем в4„„. В результате коэффициент ионизации П становится меньше одновременно катодное падение Ю, > С'„,„(см.
ВАХ разряда на рис. 24.1). Из-за увеличения напряженности электрического поля в катодной области энергия ионов, которую они приобретают на длине свободного пробега в направлении поля, у катода возрастает. Поскольку растет и плотность тока, т.е. число этих ионов, то результирующий нагрев катода выделяемой энергией оказывается достаточным для того, чтобы из наиболее слабо охлаждаемых участков началась термоэмиссия электронов. Нарастание эмиссии с какого-либо участка катода носит лавинообразный характер, поскольку увеличение локальной плотности тока приводнт к увеличению нагрева, а увеличение нагрева, в свою очередь, к увеличению герма эмиссии и плотности тока и т.д.
Когда преоблацающим видом эмиссии из катода становится термоэмиссия, в газоразрядном промежутке устанавливается самостоятельный дуговой разряд, характерное распределение потенциала которого показано на рис. 25.11. Пространство между катодом и анодом разделяется на три четко выраженные области: катодную 1, положительный столб 2 и анодную 3. Первая из них, катодная область, отличается прн дуговом разряде заметно меньшей толщиной, чем при тлеющем. Эта толщина приблизительно равна средней длине свободного пробега электронов. Прохождение тока через катодную область поддерживается благодаря следующим процессам. Во.первых, электроны, вышедшие из катода, проходят эту область практически без соударений, т.е.
беэ потерь энергии. Поскольку катодное падение потенциала приблизительно рвано потенциалу ионизации газа, то этой энергии оказывается достаточно дпя ионизации за пределами катодной области. Во-вторых„плотность тока, одновременно с катодным падением определяющая плотность мощности, выделяемой на катоде, велика, поскольку весь ток эмиттнруется небольшими нагретыми участками катода (пятнами) . Следующая область — столб дугового разряда занимает почти весь разрядный промежуток.
Для этой плазменной области характерно дрейфовое движение заряженных частиц вдоль оси в слабом электрическом поле и диффузионное двухполярное движение частиц к стенкам. В результате двухполярной диффузии диэлектрические стенки заряжаются отрицательно по отношению к столбу. Наконец, анодная область дугового разряца является переходной областью, связьаающей положительнъгй столб и анод.
В зависимости от размеров, формы, материала и температуры анода, определяющих га Рис. 25.11. Распределение дотеидиаиа в луговом разряде Рис. 25.12. Воды-амиериая характеристика иесамостоятедьиого дугового разряда плотности ионной и электронной компонент тока на аноде, может иметь место положительное, отрицательное или нулевое анодное падение на.
п ряжения. Рассмотренный механизм эмиссии из катодной области имеет место для тугоплавких материалов (вольфрама, молибдена, графита и т.п.), когда интенсивная термоэмиссия происходит при температурах ниже температуры испарения рабочего вещества катода. При жидких катодах (например, ртутном) сильньш нагрев материала невозможен, так как избьжочное тепло уносится с испаряющимися атомами. Теоретическое рассмотрение показывает, что эмиссия из катода здесь является электростатической, т.е. обусловленной действием сильного электрического поля.
Образование такого поля происходит следующим образом. Перед ртутным катодом возникает область ловы. щенного давления ртутного пара, испаряющегося из катодного пятна. При этом средняя длина свободного пробега электронов и, следовательно, протяженность катодного падения уменьшается до 10 м, а об. пасть ионизации, соответственно приближается к катоду. При катодном падении 1О В это соответствует напряженности электрического поля 10а В/м, обеспечивающей интенсивную электростатическую эмиссию, Дуговой разряд можно получить также, используя в качестве источника электронов термокатод с искусственным подогревом. Вольт-амперная характеристика такого разряда показана на рис.
25.12. При напряжениях между электродами, меньших потенциала ионизации газа (участок Оа), ток на анод проходит почти таким же образом, как в вакуумном диоде. Определенная разница связана с тем, что в газонаполненном приборе электроны на пути от катода к аноду испьпьвают соударения с газом. Однако в целом здесь действуют закономерности прохождения тока, ограниченного пространственным зарядом. Когда напряжение между электродами достигает потенциала ионизацин газа (точка а) в пространстве формируется плазма, граница которой, как и при самостоятельном дуговом разряде, располагается близко к катоду.
Этот дуговой разряд, в отличие от разряда с неподогревным катодом, является несамостоятельным, поскольку электроны появ- 298 лаются не за счет энергии, берущейся из разряда, а за счет подогрева катода внешним источником. Объемный заряд в катодном пространстве компенсируется зарядами из плазмы, что позволяет увеличивать ток (участок Ьс) без увеличения напряжения между анодом и катодом.
Анодный ток 7а здесь все же меньше тока эмиссии катода, что достигается благодаря избыточному электронному объемному заряду у катода, создающему слабое тормозящее электрическое поле. Наконец, в точке с ВАХ ток на аноде достигает значения тока термоэмиссии с катода. Дальнейшее повышение тока возможно только за счет роста катодного падения потенциала, вызывающего усиление ионизацни и появление ускоряющего поля у катода. Эмиссия на участке сс1 возрастает н из-за 7-процессов и из-за эффекта Шоттки.
25л. искРОВОЙ и кОРОнный РА3РЯДы Дуга, поддерживаемая от источника большой мощности, является стацгюнарной сильноточной формой разряда. При использовании в качестве источника электропитания реактивного (обычно емкостного нли индуктивно-емкостного) накопителя, холодных электродов и при высоких давлениях газа, равных или превышающих атмосферное, можно создать нестационарную форму сильноточного разряда — искровой разряд. Искровой разряд развивается как импульс тока, кратковременно проходящий через газоразрядный промежуток.
Длительность прохождения импульса тока и его амплитуда сильно зависят от параметров накопителя, в частности, онн тем больше, чем больше емкость конденсатораа. В отличие от рассмотренных выше тлеющего или дугового разрядов свечение искрового разряда пространственно неоднородно. Оно имеет вид ряда ярких светящихся полосок, пронизывающих разрядный промежуток, которые всегда начинается на одном из электродов, но не обязательно заканчиваются на другом. Примером искрового разряда является молния.
Этапы развития искрового разряда зависят от параметров накошпеля и источника электроэнергии. Наиболее часто используются накопители, содержащие конденсаторы или длинные линни, подключенные параллельно гаэоразрядному промежутку и соединенные с источником питания через сравнительно высокоомное ограничивающее сопротивление. В этом случае после искрового пробоя напряжение на разрядном промежутке резко уменьшается и разряд прекращается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
