Федосеева - Основы электроники и микроэлектроники (989598), страница 42
Текст из файла (страница 42)
При этом продолжаются процессы рекомбинации, приводящие к деионизации газа — уменьшению количества свободных электронов и положительных ионов. Как самостоятельный, так и несамостоятельный разряды в зависимости от интенсивности ионизация и других условий могут быть разных видов: темный, тлеющий, дуговой, искровой. 4.!.2. Вольт-амперная характеристика и виды электрического разряда в газе Возникновение электрического разряда в газе и процессы, происходящие при разных видах разряда в зависимости от величины проходящего через прибор тока, можно рассмотреть иа примере простейшего газоразрядного прибора с двуми одинаковыми электродами (рис. 4.1, а).
Прибор подключают к источнику постоянного напряжения Е, через балластное сопротивление )гь, необходимое для ограничения тока. При этом на приборе действует напряжение 1/„ равное разности напряжения источника и падения напряжения на балластном сопротивлении. В баллоне находится разряженный газ, в котором имеется некоторое количество свободных электронов и положительных ионов в результате естественной ионизации.
При включении источника питания между электродами создается электрическое поле, под действием которого электроны движутся к положительному аноду, а ионы — к катоду. Через прибор от источника питания потечет очень малый ток 1„поскольку количество носителей заряда невелико. Ток создается в основном движением электронов, так как ионы имеют гораздо большую массу и значительно меньшие скорости, чем электроны, и их роль в переносе заряда невелика.
Подавая на схему все большее напряжение Е„ можно постепенно увеличивать ток в цепи. Пока ток очень мал, падение напряжения на балластном сопротивлении ничтожно мало; все напряжение источника питания приложено к прибору: У, = Е,. Зависимость между напряжением на газоразрядном приборе и проходящим через него током называется вольг-амперной характеристикой электрического разряда в газе (рис.
4.!, б). С увеличением напряжения питания при малых токах на участке ОА растет напряжение на приборе. Пока оно не достигнет величины потенциала ионизации 0„ (точка Б), ток остается очень малым. С ростом напряжения возрастает количество ударных ионизаций атомов электронами, увеличивается общее число электронов, приходящих на анод, и ток растет (участок БВ). Ионы сравнительно медленно движутся к катоду и рекомбинируют Юе" Злентроны а Темный 1)а Тлеющий разряд 11е р 1)н )а Рис.
4.1. Электрический разряд в газе (о) и его вольт- амперная характеристика (б); 1 — естественная ионизация газа; 2 — ударная иониза- ция; 3 — змиссия электронов под уднрами ионов 196 на нем с электронами, приходящими из внешней цепи. Рекомбинация в междуэлектродном пространстве практически отсутствует, и свечение не наблюдается. Такой разряд требует постоянного образования носителей заряда за счет естественной ионизации; электрический разряд, соответствующий этому режиму, называют темным несамостоятельным разрядом (область 1).
Когда напряжение на приборе достигает величины, при которой ионы движутся к катоду с достаточно большими скоростями, чтобы, бомбардируя его, вызвать электронную эмиссию, разряд переходит в самостоятельный (точка В на характеристике). Он поддерживается за счет того, что катод под ударами ионов испускает достаточное количество электронов, которые по пути к аноду ионизируют атомы газа. При этом поток электронов на анод лавинообразно нарастает; действие внешних факторов для поддержания разряда уже не требуется.
Напряжение, соответствующее моменту перехода несамостоятельного разряда в самостоятельный, называется напряжением возникновения разряда (7,р. При этом напряжении сопротивление прибора уменьшается, а ток резко возрастает (участок ВГ). Однако процессы рекомбинации еще незначительны, свечение не заметно, поэтому разряд называют темным самостоятельным (область 11). Если не ограничить дальнейшее увеличение тока прибора соответствующим выбором балластного сопротивления и напряжения источника, то лавинообразное нарастание процессов ионизации приводит к резкому уменьшению сопротивления прибора и напряжения на нем при значительном увеличении тока; темный разряд переходит в тлеющий (участок ГД). Переход происходит мгновенно как неуправляемый процесс (переходная область П1). Возникновение тлеющего разряда сопровождается свечением газа. Цвет свечения определяется родом газа; например, неон дает красно-оранжевое свечение, аргон — синее, гелий — желтое, пары ртути — сине-зеленое.
Переход к тлеющему разряду совершается при значительном увеличении интенсивности ионизации газа. Это приводит к резкому уменьшению сопротивления прибора и возрастанию тока через него. В результате возрастает падение напряжения на балластном сопротивлении Вз, а напряжение на приборе резко понижается: (7. = Е,— 1,)гз. Величина устанавливающегося на приборе напряжения ~/„ обеспечивает поддержание требуемой степени ионизации газа для продолжения разряда. При этом Е), приблизительно равно потенциалу ионизации газа.
Тлеющий разряд может быть двух видов: нормальный и аномальный. При переходе темного разряда в тлеющий (точка Д) сначала устанавливается нормальный тлеющий разряд (область Л'). Он характеризуется тем, что с дальнейшим ростом тока 1в напряжение на приборе (7„остается постоянным (участок ДЕ). Это свойство используется в приборах для стабилизации напряжения. Увеличение тока осуществляется либо путем увеличения напряжения питания Е„ либо уменьшением балластного сопротивления. При возникновении нормального тлеющего разряда свечение газа сначала наблюдается не у всей поверхности катода. По мере роста тока светящееся пятно увеличиваетси, а !97 у яркость свечения остается постоянной.
Это означает, что плотность тока на катоде остается неизменной, а увеличивается площадь поверхности катода, испускающей электроны под действием ионной бомбардировки. В режиме нормального тлеющего разряда величина тока составляет единицы и десятки миллнампер, а напряжение на приборе измеряется десятками и сотнями вольт. Увеличение тока при неизменном напряжении (г', идет до тех пор, пока свечение не распространится иа всю поверхность катода. Дальнейшее увеличение тока возможно только за счет более интенсивной бомбардировки катода ионами, а для этого требуетси повышение напряжения на приборе.
В этот момент (точка Е) разряд переходит в аномальный тлеющий (область )г). На участке ЕЖ, соответствующем этому разряду, с ростом тока увеличиваются напряжение (т', и яркость свечения газа. Лавинообразное нарастание процесса ионизации, а также увеличение скорости и энергии ионов, бомбардирующих катод, приводит к разогреву катода под их ударами и возникновению термоэлектронной эмиссии с его поверхности. Это вызывает значительный рост тока при резком уменьшении сопротивления прибора и напряжения на нем; разряд переходит в дуговой (переходная область И). Переход совершается самопроизвольно (участок ЖЗ) и является неуправляемым.
Максимальное напряжение, вызывающее этот переход (точка Ж), называют напряжением возникновения дугового разряда. Дуговой разряд (область И!) характеризуется очень большим током (десятки и сотни ампер) и низким напряжением между электродами — порядка !Π— 15 В. Величина тока через прибор ограничивается только балластным сопротивлением.
Дуговой разряд используется в дуговых проекционных лампах, в мощных источниках света, в выпрямителях большой мощности. Все газоразрядные приборы включают в цепь источника питания обязательно последовательно с балластным сопротивлением для ограничения тока, чтобы один вид разряда не переходил самопроизвольно в другой. При включении прибора без балластного сопротивления процессы лавинообразно проходят стадии всех видов разряда; мгновенно развивается дуговой разряд, разрушающий электроды и выводящий прибор из строя. Контрольные вопросы 1. Какие приборы называют газоразрядными и на каких процессах основан их принцип действия? 2. Нарисуйте вольт-амперную характернстмку электрического разряда в газе и объясните, каким процессам соответствуют ее участки.
3. Назовите виды электрического разряда в газе, происходящего в зависимости от величины протекающего через прибор тока. Гиввв 4.З. ЛРМЕОРЫ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЕДИЛ 4.2.1. Неоновые лампы Неоновая лампа — это газоразрядный прибор тлеющего разряда. Она представляет собой стеклянный баллон, наполненный после откачки воздуха неоном, который при разряде дает красно- оранжевое свечение. Внутри баллона помещены два электрода, которые в зависимости от назначения лампы могут иметь различную форму. При одинаковой конструкции обоих электродов мн-з мн-з а Рис. 4.2. Неоновые лампы: а — устройство; б — условное графическое обозначение прн одинаковых (1) и разнык (2) электродах; а — схема включения процессы при разряде не зависят от направления тока.
Это позволяет использовать лампу в цепях переменного тока; например, в качестве сигнальной при включении устройства в сеть или индикатора перегрузки на выходе усилителя. Если лампа рассчитана на применение в цепях постоянного тока, то электроды имеют разную конструкцию и различное назначение, один служит катодом, а второй — анодом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
