29_kospect_electro (555831), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Uз=f(pd)Величина Uз мин зависит только от свойств газа иматериала электродов. Существует кривая Пашена длякаждой пары: материал, катод-газ.Fe-HeFe-NeUз мин= 150 ВUз мин=244ВВиды электрических разрядовВ газоразрядных приборах используют разряды с различным падением потенциала и плотностьютока.
При изменении U и i существуют три основных вида стационарных электрических разрядов в газе:Рис.4 Виды электрического разряда.1 – тихий или темный разряд;2 – тлеющий3- дуговой.Тёмный разряд – простейшая форма разряда, не сопровождаемая оптическими явлениями, происходит прималых плотностях тока(ι≤10-6 А/см2) практически нет объемных зарядов электронов и ионов. В начале U растет стоком до сравнительно больших значений.
Затем характеристика U(i) становится падающей и разряд переходит вдругую форму. Темный разряд – несамостоятельный, используется в газоразрядных фотоэлементах.Тлеющий разряд характеризуется большими токами(ι<10-4 А/см2) . Ток разряда зависит от рода газа,размеров и конфигурации электродов.
Вольтамперная характеристика почти горизонтальна. Распределениепотенциала в разрядном промежутке неоднородно: у катода больше падение потенциала.Рис.5 Структура тлеющего разряда.Свечение газового разряда в результате возбуждения атомов электронным ударом. Области свечения:1) Первое катодное свечение (электроны ускоряются в области катодного падения потенциала)2) Интенсивная ионизация – темная область (Круксово темное пространство).
Поле ослабляется,скорость электронов уменьшается, вновь интенсивное возбуждение атомов.3) Область отрицательного тлеющего свечения4) Фарадеево темное пространство (электроны исчерпав энергию, перестают возбуждать атомы)5) Положительный столб – типичная плазма.6) Вблизи анода имеется анодное падение потенциала, темное пространство.Для нормального тлеющего разряда ∆Uк=const, ι=constЭто используется в стабилитронах тлеющего разряда, тиратронах и индикаторных приборах.С увеличением тока возрастает свечение по всей поверхности катода, происходит разогрев катода и разрядстановится дуговым.Дуговой разряд характеризуется большими токами (до 1 кА) и малым падением напряжения(десятки вольт). Разогрев катода приводит к появлению термоэлектронной эмиссии, при этомкатодное падение потенциала резко уменьшается, что приводит к падающей вольтампернойхарактеристике разряда.Термоэлектронная и автоэлектронная (из-за скопления ионов у катода и большой напряженности поля)эмиссияДуговой разряд может быть самостоятельным и несамостоятельным.
Его разновидности:1. Термический самостоятельный дуговой разряд с саморазогревающимся катодом за счет энергииударяющихся, положительных ионов Эмиссия электронов с катодного пятна.2. Несамостоятельный дуговой разряд с искусственно накаленным катодом. Весь катод эммитируетэлектроны. По внешнему виду дуга напоминает тлеющий разряд.3. Самостоятельный разряд с холодным катодом в режиме автоэлектронной эмиссии.Используется жидкий ртутный катод. Вследствие испарения ртути в вакууме все разрядное пространствооказывается заполненным парами ртути при давлении порядка 0,1 Па.Давление у катода до нескольких кило Паскалей.
Длина свободного пробега10-3…10-5 см. У катода создается большое падение потенциала на длине свободного пробега электронов Е=U/d ~106 В/см, что приводит к возникновению автоэлектронной эмиссии. Разряд самостоятельный (т.к. не требуетсядополнительной энергии электронам катода). На катоде появляется светящееся катодное пятно, являющеесяисточником электронов.В электронике еще используется коронный разряд.Коронный разряд является самостоятельным, он возникает при сравнительно больших давлениях газа,когда электрическое поле в разрядном промежутке очень не равномерно из-за малого радиуса кривизны одногоили обоих электродов.
Ионизация происходит около одного из электродов с малым радиусом кривизны в тонкомслое. Этот слой называется «короной» или коронирующим.В отличие от других самостоятельных разрядов ток в коронном разряде ограничен не сопротивлениемвнешней цепи, а проводимостью внешней области разряда.(внешне-темная область коронного разряда, прохождение тока в ней осуществляется ионами)Вольтамперная характеристика коронного разряда положительна(ток растет с увеличением напряжения)Коронный разряд используется в электровакуумныхстабилитронах и в газоразрядных счетчиках.Имеются другие разновидности разрядов, переходныеформы.
Нестационарные разряды, например искровой разряд.Рис.6 Структура коронного разряда.Необходимо включение балластного сопротивления в цепьлюбого газоразрядногоприбора Ua=Ea-Ia×RбВольтамперная характеристика и линия нагрузки для резистора Rб. Условие выполняется вточках 1, 2, 3, которые определяют величины токов в цепи.Рис.7 Вольтамперная характеристика и линиянагрузки для резистора Rб.В т. 1 и 3 разряд устойчив.dUa<1dIaилиdUa< RбdIaВ т. 2, гдеdUa> Rб разряд не устойчив.dIaЕсли Rб→0 , то Ia→ ∞ , происходит разрушение элементов электрической цепи. Длительностьнарастания тока 10-1…10-5с.Основы работы газоразрядных приборов.В зависимости от вида электрических разрядов различают газоразрядные приборы тлеющего,дугового и коронного разрядов.Стабилитроны тлеющего разряда.Используется свойство нормального тлеющего разряда сохранять величину катодного паденияпотенциала постоянной при изменении тока, протекающего через прибор.Выполнен в виде стеклянного баллона с двумя металлическими электродами: внешний цилиндр –холодный катод и тонкая проволока внутри него – анод.Катод из никеля, покрытого цезием или редкоземельными элементами.
Вводят небольшойэлектрод для понижения напряжения зажигания разряда.Заполняется смесью инертных газов, Ne, He + 1% Аr, давление от десятых Паскалей, донескольких кило Паскалей.Рис.8 Вольтамперная характеристика тлеющего разряда.I - нормальный тлеющий разряд, II – аномальный.Комбинируя газы и материалы катода, можно получать Uст в широких пределах от 30 донескольких сотен вольт.Интервал токов I1 – I2 в пределах которого Uсм остается почти неизменным определяетсяразмерами катода.∆ЕЕ =К.Коэффициент стабилизации∆UссUссБольшие значения К получаются при возможно больших Rб, Rc, Rн и малых RiГде Rб - балластный резистор, Rн - сопротивление нагрузки, Rc - статическое сопротивлениеUприбора, Rc = , дифференциальное сопротивление стабилитронаIРис.9 Схема стабилитрона.UdURe= , дифференциальное сопротивление стабилитрона Ri=К≈5…100 , до несколькихIdIтысяч.
До 150В разработаны стабилитроны используют последовательное соединение несколькихстабилитронов тлеющего разряда, либо используют стабилитроны коронного разряда.Чаще всего стабилитроны используют в режиме опорного элемента.Тиратроны тлеющего разрядаЭто управляемые газоразрядные приборы с холодным катодом, в которых возникновение разряда впромежутке анод-катод осуществляется при помощи управляющих электродов – «сеток».Ток в стабилитроне, установившийся после возникновения разряда, определяется напряжением питания исопротивлением резистора.Iст=Е − UcтRбПри малых токах в разряде участвует лишь небольшая часть поверхности катода (плотностькатодного тока является величиной постоянной), хорошо видимая по возникшему на нейсвечению.При увеличении тока стабилитрона возрастает эмиттирующая часть поверхности катода.
Токдостигает максимального значения при эмиссии электронов со всей поверхности катода.Для дальнейшего увеличения тока стабилитрона необходимо увеличение эмиссионнойспособности катода, для этого должна возрасти скорость ионов бомбардирующих катод, иследовательно, катодное падение потенциала. Поэтому при Iсм>Iмакс напряжение настабилитроне увеличивается.
Это аномальный тлеющий разряд, катод при этом интенсивнораспыляется. При включении стабилитрона по схеме непосредственной стабилизацииЕ=Uст+Rб(Iст+Irн)Рабочую точку выбирают по середине горизонтального участка стабилитронаIст=Im ax + Im in2Нестабильность напряжения на нагрузке∆UUст=при Rб>>Ri Uст<<∆URб Rб1++Ri RadUсURi=Дифференциальное сопротивление стабилитрона относительно мало,dIсIR~ сотни Ом.Типы стабилитронов:- для непосредственной стабилизации- опорные стабилитроны высококачественных стабилизаторов- 1.
Imin~3…5мА, Imax~30…40 мА широкий диапазон токов. Uст=70-150В 2-6%- 2. Рассчитаны для работы на определенную величину тока не более 5 мА. Напряжение стабилизации80-90В. Опорные стабилитроны (стабильность напряжения 0,1В за 20 )Стабилитроны коронного разрядаДля стабилизации высоких напряжений.Коронный разряд – это самостоятельный разряд при высоком давлении и сильно неоднородномэлектрическом поле.Цилиндрическая коаксиальная конструкция (наружный цилиндрический электрод является катодом, авнутренний анодом) Прибор заполняют водородом при давлении в несколько тысяч Паскалей.Напряжение коронного разряда сильно зависит от газа и лежит в пределах 200В-30кВ.Imin=3…50мrА, Imax=1000-1500мкА∆Uсс< 4-5%UссЗащитные разрядникиДля предохранения линий проводной связи и аппаратуры от перенапряженийНапряжение зажигания 350-460В, 280-350-430В при повышении напряжения U>Uз возникает тлеющийразряд, переходящий в дуговой и напряжение падает до 8-10В, 25-30В.
Время развития разряда 0,1-0,5мс.ГазотроныГазотроном называется двух электродная лампа с накаленным катодом, наполненной парами ртути,инертным газом или водородом.Катод обычно оксидный. При ртутном наполнении вводят каплю ртути.Зависимость ан. тока от напряжения носит иной характер, чем в высоковакуумномдиоде.Рис.
10 Вольтамперная характеристика газотрона.Газотрон обладает высокой проводимостью, позволяющейполучать значительный анодный ток при небольшом анодномнапряжении. Высокая проводимость газотрона является результатомкомпенсирующего действия положительных ионов.Газотроны применяют в качестве выпрямителей. Важный параметр – максимально допустимое обратноенапряжение, возникновение обратного разряда. Водородные газотроны: Ia=5000АРис.11 Распределение потенциалов в газотроне.∆Uк- катодное падение потенциала.∆Uпл- падение потенциала в плазме.∆Uа- анодное падение потенциала.Рис.12 Конструкция газотрона.После возникновения разряда сетка теряет свое управляющее действие.Тиратрон представляет собой устройство, имеющее два устойчивых состояния: выключенное, когдапроводимость анодной цепи мала, и включенное, когда проводимость анодной цепи очень велика.
Переход извыключенного состояния во включенное происходит под действием напряжения сетки. (выключение возможнолишь по анодной цепи)По сравнению с электронными лампами, тиратрон, как управляемый переключатель имеет преимущество:пропускает большие токи при относительно небольшом анодном напряжении.По сравнению с полупроводниковыми приборами – более высокое анодное напряжение.Уступают электронным лампам и тиристорам по быстродействию.Газоразрядные индикаторыСветосигнальные газоразрядные лампыСвечение газа, возникающее тлеющем разряде, используют для создания сигнальных ламп, применяемыхв радиоэлектронной аппаратуре и на пультах управления электрических систем.Знаковые индикаторыВ этих приборах катоды имеют форму цифр или букв и располагаются друг за другом, анод выполнен ввиде сетки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
