Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 92
Текст из файла (страница 92)
Электронный луч посредством двух пар выбирающих пластин направляется в соответствующее отверстие матрицы и приобретает в сечении форму соответствующего знака. Далее пучок проходит через фокуснру- 10.12. Газораз ядные приборы ющую катушку и компенсирующие пластины, которые направляют его по оси трубки. После этого адресная магнитная система направляет луч в любую точку экрана или мишени.
10.12. Газоразрядные приборы Газоразрядными называют злектровакуумные приборы с электрическим разрядом в газе или парах. Конструктивно газоразрядные приборы представляют систему электродов, помещенных в баллон, заполненный инертным газом (аргон, неон, криптон), водородом или парами ртути. Давление газа в баллоне составляет от 10-'до 10' Па. Электрический разряд в газе Рассмотрим гипотетическую модель, состоящую из двух параллельных пластин, расположенных в баллоне, наполненном инертным газом. К этим пластинам через резистор Я, с большим сопротивлением подводится напряжение от источника питания Е„, (рис. 10.29, а). Одну из пластин, к которой подключен отрицательный полюс источника питания, условно назовем катодом, другую — аяодом. Повышая напряжение источника питания Е„„, будем наблюдать, как изменяется ток 1, и напряжение между электродами и,.
О е Рие. 1О.ЯЯ Если Е„„= О, то в разрядном промежутке между катодом и анодом существует небольшое число свободных электронов и ионов, возникших в результате внешней 490 Глава 10. Ва мная электроника ионизации газа световым потоком, космическим излучением и другими воздействиями. Электроны и положительные ионы совершают беспорядочное (тепловое) движение и, приближаясь друг к другу, могут соединяться, образуя нейтральные атомы.
Этот процесс называется рекомбинацией. Процессы ионизации и рекомбинации находятся в динамическом равновесии, поэтому число электронов и ионов сохраняется неизменным, При увеличении напряжения Е„„между электродами возникнет электрическое поле, под действием которого положительные ионы начнут перемещаться к катоду, а свободные электроны — к аноду, то есть в разрядном промежутке, а следовательно, и во внешней цепи возникнет незначительный электрический ток. Пока напряжение Е„„невелико, этот ток мал и не создает значительного падения напряжения на резисторе Я„поэтому можно считать, что и, Е„„. Зависимость тока от напряжения показана на рис. 10.29, 6.
При малых значениях и, ток обусловлен носителями заряда, возникшими в результате внешней ионизации, и практически сохраняется неизменным (участок А на рис. 10.29, 6). По мере увеличения напряжения Е„„возрастает скорость движения электронов и ионов, соответственно увеличивается их кинетическая энергия. При движении электронов к аноду они сталкиваются с атомами газа. При небольшой скорости эти столкновения являются упругими, и величина энергии сталкивающихся частиц не изменяется.
При определенной скорости соударения становятся неупругими. В результате таких столкновений электроны атома могут перейти на более высокие энергетические уровни, то есть происходит возбуждение атома. Возбужденное состояние атома длится от 10 'до 10 э с, после чего электрон возвращается на исходный энергетический уровень, испуская квант энергии излучения. При незначительном числе столкновений свечение газа незаметно. При достаточно большой скорости электронов происходит отделение электронов от атомов, в результате чего образуются новые свободные электроны и положительные ионы. Образовавшиеся электроны, двигаясь к аноду, совершают новые ионнзации, а ионы перемещаются к катоду и выбивают из него вторичные электроны, которые, двигаясь к аноду, также совершают новые ионизации и т.
д. Вследствие этого происходит размножение носителей заряда и увеличение тока (участок АВ на рис. 10.29, 6). Процесс образования новых электронов и ионов в результате столкновений с атомами газа называется объемной иониэацией газа и оценивается коэффициентом объемной ионизация а, который показывает, какое количество ионизаций совершает один электрон на пути длиной в 1 см. Количество выбиваемых из катода электронов оценивается коэффициентом вторичной электронной эмиссии.
Каждый электрон, проходя от катода до анода дуть длиной г„„совершает аг„, ионизаций, а количество электронов, попадающих на анод цри выходе нз катода одного электрона, оказывается равным ехр(аг„,). Если из катода в единицу времени выходит М, электронов, созданных внешней ионизацией, то на анод в результате размножения попадает Ф,ехр(со„,) электронов. Число ионов, образующихся при объемной ионизации, равно Жъ1ехр(аг„.„)-11, а число выбиваемых из катода электронов — оЖ,1ехр(аг„„)-11, где о — коэффициент вторичной электронной эмиссии. Пока количество вторичных электронов, выбиваемых из катода, меньше количе- 491 10д 2. Газоразрядные приборы ства электронов, созданных внешней ионизацией, разряд является ивсамостоятельным, то есть зависящим от внешней ионизации.
При прекращении внешней ионизации разряд прекращается. При некоторой величине У„называемой напряжением зажигания, каждый электрон, выбитый из катода, создает на своем пути к аноду столько электронов, сколько необходимо для выбивания нового электрона. В этом случае разряд становится самостоятельным, то есть он может существовать независимо от внешнего источника ионизации. После наступления самостоятельного разряда (точка В) наступает лавинообразное увеличение числа носителей заряда, и ток резко возрастает. Однако рост тока ограничивается резистором В, на котором по мере роста тока возрастает падение напряжения и, соответственно, снижается напряжение У,.
Величина этого напряжения самопроизвольно устанавливается такой, чтобы в процессе ионизации создавалось требуемое для получения заданного тока количество носителей заряда, то есть разность потенциалов между электродами ионного прибора зависит от состояния ионнзированного газа, В связи с этим целесообразно рассмотреть зависимость напряжения от тока (рнс. 10.29, в). Область ВС на рис.
10.29, в называется областью темного спмоииояпгвльного разряда. Электрическое поле в этой области создается в основном зарядами на электродах, пространственный заряд пренебрежимо мал и распределение потенциала между катодом и анодом близко к линейному. По мере роста тока возрастает объемный заряд и поле искажается. У катода скапливается большое число ионов, поэтому можно считать, что практически все приложенное напряжение падает в узкой области вблизи катода, называемой облпппью хагподпого падения пагрялгвпия(рис, 10 30). +в(х) Рис.
10.30 Область разряда с почти неизменным потенциалом носит название положительного столба, Электроны ускоряются в области катодного падения напряжения, позтомутам и происходитосновнаяионизация, Интенсивностьионизации в этой области больше первоначальной, поэтому напряжение, при котором поддерживается разряд, с ростом тока снижается. В точке С наступает тлеющий разряд, отличительной особенностью которого является свечение газа, напоминающее свечение тлеющих углей.
Этот разряд бывает трех видов: поднормальный, нормальный и аномальный. 492 Глава 10, Вакуумная электроника Поднормальный тлеющий разряд (участок СП на рис. 10.29, в) характеризуется уменьшением напряжения, при котором поддерживается разряд при увеличении тока, и шнурованием (стягиванием) разряда. Шнурование обусловлено тем, что с ростом тока сужается область катодного падения напряжения.
Она становится столь узкой, что начинают сказываться шероховатости поверхности катода, в результате чего появляются локальные участки, в пределах которых напряженность поля оказывается более высокой. Поэтому на этих участках ионизация возрастает, что приводит, как отмечено ранее, к снижению напряжения, в результате чего на тех участках, где напряженность поля более низкая, разряд прекращается. Чем больше ток, тем меньше область, охваченная ионизацией. Процесс шнурования происходит до тех пор, пока область катодного падения напряжения не станет столь узкой, что электроны окажутся неспособными создать требуемое количество ионов, необходимое для выбивания новых электронов на смену ушедшим.
Поэтому дальнейший рост тока становится возможным лишь при увеличении поверхности катода, охваченной ионизацией. Наступает область нормального тлеющего разряда (участок ПЕ на рис. 10.29, в). После того как вся поверхность катода окажется охваченной ионизацией, для увеличения тока потребуются дополнительные носители заряда, возникновение которых возможно при увеличении напряжения.
Такой разряд (область ЕР на рис. 10.29, в) называется аномальным тлеющим разрядом, Увеличение напряжения на ионном приборе, работающем в режиме аномального тлеющего разряда, ведет к увеличению интенсивности бомбардировки катода ионами, в результате чего на поверхности катода возникает термоэлектронная эмиссия, Кроме того, ионы, находясь очень близко к поверхности катода, создают сильное электрическое поле, вызывающее электростатическую эмиссию, Поэтому число электронов в приборе резко увеличивается, их объемный заряд компенсирует положительный объемный заряд ионов и напряжение на приборе уменьшается (участок РС на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
