И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 91

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 91)

В газоразрядном А 1( ! Уа Рис. 21.1. Распределение потенциала между электродами при отсутствии разряда (!), в электронном приборе (2) и в гаэораэрялиом приборе с тлеющим разрядом (3) приборе с тлеющим разрядом за счет большого числа положительных ионов создается положительный объемный заряд. Он вызывает изменение потенциала в пространстве анод — катод в положительную в сторону. Потенциальная диаграмма «выгибается» вниз (кривая 3). Как видно, в газоразрядном цриборе распределение потенциала таково, что почти все анодное напряжение цриложено к тонкому слою газа около катода. Эта область (1) называется областью катодного падения потенциала.

Около катода создается сильное ускоряющее поле. Анод как бы приближается к катоду. Роль анода выполняет «нависшее» над катодом ионное облако с положительным зарядом. В результате этого действие отрицательного объемного заряда компенсируется, поэтому потенциального барьера около катода нет. Другая часть разрядного промежутка (11) характеризуется небольшим изменением напряжения. Напряженность поля в ней мала. Ее называют областью электронно-ионной плазмы. Плазма— это сильно ионизированный газ, в котором число электронов и ионов практически одинаково.

В плазме беспорядочное (тепловое) движение частиц преобладает над их направленным движением. Но все же электроны движутся к аноду, а ионы — к катоду. Силы поля, действующие на электроны и ионы, одинаковы и лишь противоположны по направлению, так как заряды этих частиц равны, но обратны по знаку (напомним, что сила, действующая на заряд, Е = еЕ, где Š— напряженность поля, е — заряд). Но масса иона в тысячи раз больше массы электрона.

Даже у самого легкого газа — водорода масса положительного иона в 1840 раз превышает массу электрона. Соответственно этому ионы получают меньшие ускорения и приобретают относительно малые скорости. Следовательно, ток в ионных приборах практически создается перемещениеы электронов. Доля ионного тока весьма мала, и ее можно не принимать во внимание. Ионы выполняют свою задачу: они создают положительный объемный заряд, который зна- 287 чительно превышает отрицательный объемный заряд и уничтожает потенциальный барьер около катода.

Область катодного падения напряжения играет важную роль. Проникшие из плазмы в эту область ионы получают здесь ускорение. Ударяя в катод с большой скоростью, ионы выбивают из него электроны. Этот процесс необходим для поддержания разряда. Если скорость ионов недостаточна, то электронной эмиссии не получится и разряд прекратится.

Вылетевшие из катода электроны в области катодного падения также ускоряются и могут ионизировать атомы газа. Электроны сталкиваются с атомами газа в различных частях плазмы. Поэтому ионизация происходит во всем ее объеме. В плазме совершается также и рекомбинация. Следует иметь в виду, что только малая часть ионов, возникших в плазме, вызывает электронную эмиссию катода Большинство ионов рекомбинирует с электронами и не доходит до катода. Если тлеющий разряд возник, то число ионов, ударяющих в катод в течение одной секунды, таково, что они выбивают столько электронов, сколько их было выбито за предыдущую секунду.

Эти вновь выбитые электроны создают в плазме столько же ионов, сколько получалось там в течение предшествующей секунды, и тогда снова определенная часть этих ионов дойдет до катода и выбьет за 1 с прежнее число электронов. Подобный процесс повторяется каждую секунду и обеспечивает существование тлеющего разряда при определенном значении тока. При возникновении тлеющего разряда появляется свечение газа около катода. С увеличением тока оно усиливается, расширяется и распространяется на всю плазму. Тлеющий разряд существует при напряжении между электродами не ниже определенного значении. Если напряжение недостаточно, то ионы, ударяя в катод,не выбивают из него электронов. Несамостоятельный темный разряд переходит в самостоятельный тлеющий при напряжении возникновения тлеющего разряди 11„или напряжении зажиги- 288 ния. Последнее название наиболее расцространено, хоти и не рекомендуется.

Напряжение возникновения разряда 11, зависит от рода газа, его давлениягматериала электродов и расстояния между ними. При активированном катоде значение 11, уменьшается. На рис. 21.2 изображена зависимость напряжения 11, от произведения давления газа р на расстояние между электродами и', называемая характеристикой возникновения разряда. Минимальное значение 11, „ соответствует произведению рг1, которое условно можно назвать оптимальным !наивыгоднейшим).

Однако во многих приборах более выгоден иной режим. Кривую на рис. 21.2 можно объяснить следующим образом. Пусть расстояние Ы неизменно. Тогда при очень низком давлении возникновение разряда затруднено тем, что происходит мало столкновений электронов с атомами. Возникает мало ионов, и они не выбивают из катода достаточного числа электронов. Приходится увеличивать напряжение, чтобы ионы набирали значительную скорость и выбивали из катода больше электронов. При более высоком давлении электроны слишком часто сталкиваются с атомами и не набирают энергии, необходимой для ионизации. Образуется мало ионов.

Повышение напряжения увеличивает энергию электронов, усиливает ионизацию и приводит к возникновению тлеющего раз ряда. Как видно, и при малом и при большом давлении напряжение 11, нужно повышать, а при некотором среднем давлении достаточно минимального значения 11,. Если давление газа постоянно, то при очень малом расстоянии между 0 ! Рд)от Рнс.

2!.2. Характеристика возникновения .разряда электродами большинство электронов долетает до анода, не сталкиваясь с атомами. Ионов образуется мало, и, чтобы они выбивали достаточно электронов из катода, нужно приложить более высокое напряжение. А при большом расстоянии х( снижается напряженность поля. Электроны сталкиваются с атомами на своем пути не один раз, но не набирают энергии, нужной для иодизации. Приходится повысить напряжение, чтобы электроны от одного столкновения до другого проходили разность потенциалов не меньшую, чем напряжение ионизации.

Таким образом, при слишком малом и слишком большом расстоянии между электродами напряжение (1, нужно увеличивать. При некотором среднем значении е( достаточно наименьшего напряжения Вм Каждый газ имеет свою характеристику возникновения разряда, подобную кривой на рис.

21.2. Вольт-амперную характеристику тлеющего разряда снимают с помощью схемы на рис. 21.3. В условном графическом обозначении газоразрядных приборов жирная точка показывает наличие газа. Раньше вместо точки делали штриховку. Ионные приборы надо включать последовательно с ограничительным резистором (В, ).

Если его сопротивление очень большое (десятки или сотни мегаом), то при напряжении источника в сотни вольт разряд будет темным, поскольку ток не превысит нескольких микроампер. При значительно меньшем сопротивлении В„р возникает тлеющий разряд, если напряжение источника не меньше Уь. дальнейшее уменынение соцротивления В„р может перевести разряд в дуговой.

Это недопустимо для приборов тлеющего разряда, рассчитанных обычно Рис. 2!.3. Схема для снятия вольт-ампирной характеристики газоразрядиого прибора 10 и, п.жчибьов на тох не выше десятков мйллиампер. Прн возникновении дугового разряда ток возрастает во много раз и прибор выходит из строя. Подключение газоразрядного прибора без. резистора Е,„р к источнику, обладающему достаточным напряжением и малым внутренним сопротивлением, также приведет к возникновению дугового разряда. Ток будет ограничиваться главным образом только внутренним сопротивлением источника, так как сопротивление газо- разрядного прибора при дуговом разряде весьма невелико. Произойдет короткое замыкание источника, ток возрастет очень быстро до недопустимо большого значения, и может произойти разрушение газоразрядного прибора.

В схеме на рис. 21З роль ограничительного резистора в известной степени выполняет верхний участок переменного резистора Е.Но, чтобы в крайнем положении движка прибор не оказался подключенным непосредственно к источнику, необходимо включить еще резистор Вьхг Поскольку газоразрядный прибор и резистор )1 р соединяются последовательно, то напряжение Е, равно сумме напряжений на приборе и резисторе: Ех = Уь + (1я.

(21.1) Вольт-амперная характеристика прибора с тлеющим разрядом показана на рис. 21А, По горизонтальной оси отложен ток, а по вертикальной — напряжение, что дает более наглядное представление об изменении напряжения. Конечно, можно поменять оси„ расположив их так, как принято для характеристик электронных ламп. При увеличении напряжения от нуля возникает очень слабый ток. Это область темного разряда Е Ток темного разряда очень мал, и масштаб для него иной, нежели для остального графика. Точка А — это точка возникновения тлеющего разряда (точка зажигания). Ей соответствует напряжение Вм Тлеющий разряд возникает. скачком.

Минимальный ток, при котором возможен тлеющий разряд, гораздо больше тока темного разряда. Напряжение на приборе 289 Рнс. 2!.4. Вольт-амперная характеристика темного (область 1) я тлеющего (областн 11, Ш) разряда также скачком понижается на несколько вольт или даже больше, что объясняется перераспределением напряжения Е, между внутренним сопротивлением прибора постоянному току Яа и сопротивлением Я„р.

При темном разряде сопротивление Яь гораздо больше сдпротивления К„м которое выбрано таким, чтобы мог возникнуть тлеющий разряд. Практически все напряжение Е, при темном разряде приложено к прибору. На резисторе Е„р напряжение близко к нулю. С возникновением тлеющего разряда ток резко возрастает и создает на резисторе Е,„р заметное падение напряжения. За счет этого напряжение ((, на приборепонижается. Иначе говоря, после возникновения тлеющего разряда сопротивление Яа резко уменьшается и становнтсясоизмеримымс Я р. Напряжение Е, перераспределяется, и заметная его часть будет падать на Я„р, а У, соответственно уменьшится.

До возникновения разряда У, Е„ а после возникновения разряда У, = Е, — (ьйьгр ПР» этом напряжение Е, непосредственно до и после возникновения разряда практически одинаково, так как если Е, почти равно (1„ то достаточно самого незначительного увеличения Е„ чтобы возник разряд. Таким образом, возникновение тлеющего разряда обнаруживается по измерительным приборам характерными скачками тока вверх и напряжения вниз.

Возникает также свечение газа около катода. На графике возникновению разряда соответствует участок АБ, который нельзя снять по точкам, а можно 290 только наблюдать с помощью осциллографа. Иногда прн снятии вольт-амперной характеристики за напряжение У, ошибочно принимают напряжение в точке Б, которое является рабочим напряжением тлеющего разряда. Величина ((, есть наибольшее напряжение, которое удается наблюдать при увеличении напряжения, перед тем как оно скачком уменьшится. А положение точки Б зависит от сопротивления ограничительного резистора.

Характеристики

Список файлов книги