Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Такие вероятностные расчеты с точки зрения получения точного значения и для смеси ртути н инертного газа не представляют интереса для светотехнической промышленности. в) Тлеющий разряд и нагрев катода Все газоразрядные лампы, описанные в этой книге, и люминесцентные лампы, в частности, работают с «горячими» катодами, для чего их нагревают до температуры соответствующей термоэлектронной эмиссии.
Следовательно, о зажигании или пусковом процессе не может быть и речи до тех по~р, пока катод не будет иметь рабочую температуру. Как будет показано в гл. 4, в газоразрядных лампах с горячими катодами ток катода состоит в основном из электронов; лампы работают с горячими катодами, так как в этом случае онн имеют наименьшие потери и наибольшую общую эффективность.
При рассмотрении неравенства (3-2) предполагалось, что катод был холодным и эмиссия электронов обеспечивалась. за счет вторичной эмиссии, для которой коэффициент ут мал, даже если разряд самостоятельный, а ток может состоять главным образом из положительных ионов. Такой разряд называют «т л е ю щ и м р а ар я д о м», он характеризуется относительно высоким падением потенциала, часто несколько сотен вольт, приложенным непосредственно перед катодом. Это связано с тем, что каждый электрон, покидающий холодный катод, может стать причиной появления 1/уа ионов (1/уе»1), и находясь достаточно близко к катоду и достигая его, они освобождают новые электроны. В газе вблизи катода возникает поле высокой напряженности и относительно большое падение потенциала, называемое «катодным падением»'.
62 Ф оде ххд е Ряс. З.З. Потеицяал црн разряде в зависимости от расстояняя от холодного катода до горячего катода н яря одинаковом токе. — — — — — тлеахяаяв разряд яря холодяом катоде; — разряд ярк тораеем катоде. 63 В разряде с накаленным катодом, однако, большая часть тока на катоде состоит из термоэмиссионных электронов; положительные ионы необходимы только для нейтрализации пространственного заряда электронов и создания небольшого ускоряющего поля для электронов на поверхности катода. Количество ионов, необходимое на получение одного элек- пи трона, много меньше, чем один ион на электрон.
Катодное падение вследствие этого значительно меныпе, обычно порядка потенциала ионизации атомов газа. Р Рассмотрим теперь два а разряда с одинаковым током в подобных трубках и соди- ~м ~ )у„' иаковым давлением газа; один с зорячим катодом, а другой --- с холодным като- к~ дом. В обоих случаях поло- л' д Р ст л я~о,т жительн ь)й столб пусть будет одинаковым. Это иллюстрируется на рис. 3-3, на котором показан потенциал па участке между катодом и анодом при тлеющем разряде и разряде прн горячем катоде, при одинаковом токе. Общее падение потенциала при тлеющем разряде (и отсюда общая потребляемая мощность при данном токе) приблизительно в 2 раза больше, чем цри разряде с горячим катодом, но потребляемая мощность положительным столбом Ы,о н выход излучения одинаковы.
В результате этого разряд при горячем катоде значительно повышает эффектив- ° ность лампы, поэтому большинство газоразрядных ламп работает с горячим катодом. Таким образом, процесс пуска лампы не заканчивается до тех пор, пока катод не достигнет температуры термоэлектронной эмиссии и самостоятельный разряд че становится разрядом с горячим катодом. Это подтверждает (и усложняет) тот факт, что в лампах приходится обычно встречаться с действием тлеющего разряда и чри увеличении тока возрастает катодное падение.
Уве- Топ а) '4 'г (т хг Топ б) Рнс. 3-4 Зависимость напряженая от тока для последоаательпо-соединенного резистора н газоразрядяой лампы с холодным я горячим катодами (а) а аольг.амперная характеристика лампы для нескольких рачлячпых значепай напряжения холостого хола (б). с энергией, вплоть до максимального значения, равного произведению заряда иона па катодное падение; большая часть этой энергии идет на нагрев, и температура катода повышается. Чем большс кптодное падение, тем быстрее нагревается катод до температуры эмиссии и тем быстрее устанавливается разряд с горячим катодом.
Это положение иллюстрируется рис. 3-4,а, где приведен график наподобие графика рис. 2-9 и показано падение потенциала па газоразрядной лампе в зависимости от тока при включении лампы последовательно с резистором для газоразрядной лампы с холодным и горячим катодами. На рис. 3-4.б показана кривая потенциала 64 лнчение катодиого падения с ростом тока в общем бо., ше, чем уменьшение падения потенциала на положительном столбе с увеличением тока, это уже обсуждалось в гл. 2. Лампа в целом имеет положительную вольт-амперную характеристику при тлеющем разряде. Это обстоятельство способствует переходу от холодного к горячекатодному разряду при увеличенной энергии, получаемой катодом нз разряда. Положительные ионы, достнгак>щне холодного катода, бомбардируют его в зависимости от тока для нескольких различных значений, приложенного напряжения зажигания.
Во всех трех случаях приложенный потенциал достаточен для установления самостоятельного разряда в соответствии с требованиями, указанными в 9 3-1 а и б'. В случае, когда Уххь напряжение холостого хода достаточно высоко, отсутствует период устойчивого тлеющего разряда, предшествующий нагреву катода до температуры эмиссии, и конечная рабочая точка А соответствует нормальному рабочему току разряда. В случас, когда 0ххз — — напряжение холостого хода ниже н ток после установления самостоятельного разряда увеличивается только до точки В и временно остается в стабильном положении, поэтому большие катодное падение и потенциал на положительном столбе как раз достаточны для поддержания в стабильном состоянии тока (х. Тем не менее ток (х и энергия, получаемая катодом, достаточны для медленного нагрева катода до температуры термоэлектронной эмиссии н вольт-амперная характеристика комбинации резистор — лампа медлепно перемещается, приближаясь к кривой ЕВЕСА (рис.
3-4,б). С этой точки зрения переход от холодного катода к горячему значительно уменьшает катодное падение, оставляет больший потенциал на положительномстолбе, прн этом сильно увеличивается электрическое поле. В результате (! /и,) (с(п,/И) становится снова положительным и рабочая точка (1; У„х) пцремещается в новую точку стабильного равновесия С. В случае, когда Ох з, рабочая точка стабильного тлеющего разряда 0 настолько низка, что катод никогда не нагреется до достаточной температуры, превращающей его в горячскатодпое состояние, разряд остаегся в стадии тлеющего.
На профессиональном языке говорят кзатянувшийся» тлеющий разряд. Бомбардировка ионами высоких энергий катода прн тлеющем разряде приводит к эрозии катода и его быстрому разрушению. 3-2. ЗАЖИГАНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕН1НЫХ ЛАМП В разделе, содержащем общую информацию (6 3-1), мы рассмотрели специфическую пусковую цепь для лю- минесцентных ламп. При дальнейшем обсуждении про- цессов, имеющих место в цепи, будем обращаться к рис. 3-4,б, 5 — 69 65 а) Мгновенное зажигании Наипростейшая пусковая цепь (однако, исторически не первая) — это цепь мгновенного пуска. Это корреспондируется со случаем сук, 1 на рнс. 3-4,6.
Для этого типа цепи достаточно высокий потенциал прикладывается к комплекту — газоразрядная лампа плюс последовательно соединенный балласт; под действием этого потенциала газ ионизируется и ток достигает своего рабочего значения безтемпературнойпаузы в стадиитлеющего разряда. Ток разряда и световая отдача лампы достигают своего номинального значения в пределах одного нлн двух периодов после приложения напряжения холостого хода.
Нет необходимости говорить, что мгновенная энергия, подводимая к катоду в течение отрезка времени, определяемого длительностью переходного процесса, подобного тлеющему разряду, который продолжается, пока ток увеличивается до 1ь очень велика. Скорость изменения температуры поверхности катода составляет больше чем 100 000'С в секунду, что почти эквивалентно взрывной силе. Конструкция катодов, которая дает возможность сохранять их устойчивость при подобного рода режимах в течение нормального срока службы лампы, будет подробно обсуждена в гл. 4. В з 3-1а и б было указано, что свободные электроны необходимы для инициирования таунсендовского лавинного процесса, от которого зависят ионизация н возникновение самостоятельного разряда.
Таунсенд получал ионизирующие электроны за счет фотоэлектрической эмиссии; как же они приводят к мгновенному зажиганию люминесцентных ламп? Имеется два важных источника: ионизация атомов газа полем космических лучей и термоэлектронная эмиссия из катодов при комнатной температуре. Катоды, используемые в люминесцентных лампах, покрывшот слоем щелочпоземельных оксидов, имеющих низкую максимальную температуру термоэлектронной эмиссии; прн комнатной температуре они эмитируют от 10 до 100 электронов в секунду.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
