И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 92
Текст из файла (страница 92)
Чем оно меньше, тем больше ток и тем правее расположена точка Б. После возникновения тлеющего разряда повышение подводимого напряжения Е, сопровождается интересным явлением. Ток растет, а напряжение на приборе увеличивается незначительно, пока ток не превысит значения 1,„ (точка В). Этот режим называется режимом нормального кагподного падения (область П). Для него характерно прохождение тока через часть поверхности катода и свечение газа лишь у этой части. При малом токе только небольшая часть поверхности катода является рабочей.
С возрастанием тока площадь рабочей поверхности катода увеличивается пропорционально току, а плотность тока катода остается неизменной. При токе 1,„вся поверхность катода становится рабочей и охватывается свечением. Режим нормального катодного падения используется в стабилитронах. Особенности этого режима следующие. Пусть площадь поверхности катода значительно больше площади поверхности анода и в цепь включен соответствующий ограничительный резистор (рис. 21.5). В этом случае после возникновения разряда устанавливается сравнительно небольшой ток. Тлеющий разряд может быть при условии, что плотность тока на катоде не слишком мала.
Только тогда из катода выбивается достаточное число электронов. Разряд сразу не распространяется на всю поверхность катода. Ток проходит только через часть поверхности (заштрихована). При этом плотность тока достаточна и тлеющий разряд существует. Рис. 2!.5. Изменение рабочей площади катода в режиме нормального катовиого падения Падение напряжения на приборе ь!ь = (,Ке. Здесь Ке — сопротивление иоиизированного газа между анодом и рабочей частью поверхности катода. В данном случае этот своеобразный «проводник» имеет форму конуса.
Если увеличить подводимое напряжение, ток возрастет и пропорционально увеличится рабочая площадь катода. Плошадь поперечного сечения газового «проводника» станет больше, и сопротивление Ке соответственно уменьшится. Таким образом, сопротивление Ке уменьшается во столько раз, во сколько увеличивается ток !„ а произведение !,Ке остается постоянным (в действительности оно все же немного увеличивается).
Этот режим возможен до тех пор, пока рабочая плошадь катода меньше площади его полной поверхности. Когда разряд распространится на всю поверхность катода, то при дальнейшем увеличении напряжения Е, ток возрастает, но площадь катода остается неизменной. В этом режиме увеличение числа электронов, выбиваемых из катода, возможно только за счет увеличения энергии ионов, бомбардирующих катод. А для этого необходимо повышение напряжения.
Плотность тока катода растет. Сопротивление Ке уже не уменьшается пропорционально току, и произведение !,Ке, т. е. падение напряжения на приборе, увеличивается. Наступает режим аномального нещадного наденив (см. область 1П на рис. 21.4). Все же сопротивление Ке несколъко уменьшается при возрастании тока, так !О* как растет число ионов и 'электронов в единице объема газа.
Но это уменьшение не такое сильное, как в режиме нормального катодного падения, поэтому напряжение (1, увеличивается. Усиливается также яркость свечения газа, и оно распространяется все больше на область плазмы. В режиме аномального катодного падения работают газосветные лампы и различные ионные индикаторные приборы. Если продолжать увеличивать подводимое напряжение, ток и напряжение будут расти и в конце концов скачком возникнет дуговой разряд, который недопустим для приборов тлеющего разряда.
21.3. СТАБИЛИТРОНЫ Стабилитроны — приборы тлеющего и коронного разряда. Наиболее распространены стабилитроны тлеющего разряда, работающие в режиме нормального катодного падения. В последнее время они все чаще заменяются полупроводниковыми стабилитронами. Поскольку темный разряд, предшествующий тлеющему, не используется, его не показывают на вольт-амперной характеристике стабилитрона (рис. 21.6). Точку возникновения разряда А отмечают на вертикальной оси. К тому же миллиамперметр для измерения тока тлеющего разряда не покажет ничтожно малого тока темного разряда. Область нормального катодного падения, пригодная для стабилизации, ограничена минимальным током 1„м и максимальным 1,„.
При токе, меньшем 1 аг Рис. 2!.б. Вольт-амлерная характеристика стабилитрона 29! 1нв разряд может прекратиться. Ток 1 , либо соответствует началу режима аномального катодного падения, либо при нем достигается предельная мощность. Скачок тока при возникновении разряда может быть различным в зависимости от сопротивления К р. Если оно большое, то появляется сравнительно небольшой ток, а если малое, то возникает большой ток и точка Б перемешается к точке В. Для режима стабилизации это невыгодно„ так как участок стабилизации напряжения БВ сокращается.
При малом сопротивлении К, может даже произойти скачок тока в область'аномального катодного падения и стабилизации вообще не получится. Таким образом, ограничительный резистор с достаточным сопротивлением необходим по двум причинам: чтобы не произошло чрезмерного возрастания тока и чтобы мог существовать режим стабилизации напряжения. Чем больше площадь катода, тем больше участок стабилизации БВ, так как ток 1,„остается неизменным, а ток 1„„возрастает пропорционально площади катода.
Поэтому у стабилитронов катод с большой площадью поверхности. Анод делают малых размеров„ но он, конечно, не должен перегреваться от тока 1 „. Наиболее распространены двух- электродные стабилитроны с цилиндрическим катодом из никеля или стали, Анодом служит проволочка диаметром а) Рис. 21.7. Стабялнтроны тлеющего (а) в ко- ронного ® разряда 292 1,0 — 1,5 мм (рис. 21.7, а). Баллон наполнен смесью инертных газов (неон, аргон и гелий) под давлением в тысячи паскалей(десятки миллиметров ртутного столба). Основные параметры стабилитрона: нормальное рабочее напряжение, или напряжение стабилизации (1, соответствующее средней точке участка стабилизации (см. рис.
21.6), напряжение возникновения разряда Вм минимальный и максимальный ток 1,„и 1, изменение напряжения стабилизации Ь(1„ и внутреннее сопротивление переменному току Кь Если требуется пониженное напряжение (1, то поверхность катода с внутренней стороны активируется, чтобы облегчить эмиссию электронов под ударами ионов. Применяя разные смеси газов, подбирают нужное значение (1 .
Напряжение 11, обычно превышает напряжение (1 не более чем на 20 В. Для снижения напряжения (1, на внутренней поверхности катода имеется проводник (он показан на рис. 21.7,а), уменьшающий расстояние между катодом и анодом. Без него стабилитрон работал бы на восходящей (правой) части характеристики возникновения разряда (см. рис. 21.2). В пределах области стабилизации напряжение (2 изменяется на значение МУ„, которое не превышает 2 В. Работа стабилитрона с током выше 1„.„не рекомендуется, так как ухудшается стабилизация и электроды перегреваются. Внутреннее сопротивление стабилитрона переменному току (дифференциальное сопротивление) К, = Ьи,/Л(, и значительно меньше сопротивления постоянному току Ко.
Если бы стабилизация была идеальной ((7 = сопз1), то сопротивление К, было бы равно нулю. У отечественных стабилитронов напряжение стабилизации бывает от 75 В до нескольких сотен вольт, ток 1;„ обычно 3- 5 мА, а 1„,„— несколько десятков миллиампер. Для стабилитронов коронного разряда характерны высокие напряжения и малые токи. У таких стабилитронов (рис. 21.7,б) электроды цилиндрической формы из никеля. Баллон наполнен водородом, причем напряжение стаби- лизации зависит от давления газа, которое обычно составляет тысячи паскалей (десятки миллиметров ртутного столба). Напряжение (1„ при этом несколько сотен вольт.
Рабочие токи в пределах 3 †1 мкА. Внутреннее сопротивление переменному току сотни килоом. Процесс возникновения разряда длится 15 — 30 с. В последнее время выпущены стабилитроны коронного разряда, оформленные в керамических баллонах, на напряжение в десятки киловольт. Стабилитронсоединяютпараллельно с нагрузкой Е„, а последовательно включают резистор Я, (рис.
21.8). Нагрузкой является тот или иной потребитель (например, анодные цепи и цепи экранных сеток какого-либо усилителя и т. д.), который нужно питать стабильным напряжением. Напряжение источника Е должно быть выше напряжения стабилизации (/„и достаточным для возникновения разряда в стабилитроне. Чем выше напряжение Е, тем выше должно быть сопротивление Я,, н тогда стабилизация сохраняется при изменении напряжения Е в более широких пределах. Но при большем ограничительном сопротивлении КПД схемы снижается, так как потери мощности в стабилнтроне и резисторе И„р могут оказаться выше полезной мопцности потребителя.
Поэтому стабилитроны применяют только для установок небольшой мощности, в которых снижение КПД не так важно, как в мощных установках. Стабилитроны наиболее часто работают в режиме, когда сопротивление нагрузки неизменно (Я„= сопзг), а напряжение источника нестабильно (Е = чаг). В этом случае происходит следующее. Когда напряжение источника повышается, то увеличивается ток стабилитрона и почти все изменение напряжения Рис. 2!.8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
