Электровакуумные и газоразрядные приборы
Электровакуумный прибор — устройство, предназначенное для генерации, усиления и преобразования электромагнитной энергии, в котором рабочее пространство освобождено от воздуха и защищено от окружающей атмосферы непроницаемой оболочкой.
К таким приборам относят как вакуумные электронные приборы, в которых поток электронов проходит в вакууме (см., напр.,клистрон), так и газоразрядные электронные приборы, в которых поток электронов проходит в газе. Так же к электровакуумным приборам относятся и лампы накаливания.
Газоразрядные приборы (их ещё называют ионными) представляют собой герметизированный баллон, внутри которого смонтированы два или более электродов. После откачки воздуха в баллон под некоторым давлением водится инертный газ или пары ртути или другой газ. Устройство простейшего газоразрядного прибора показано на рис. 8.1.
Рис. 8.1. Устройство простейшего газоразрядного прибора
Электроды в газоразрядных приборах называют катодом и анодом. К катоду подключается отрицательный полюс внешнего источника 
, а на анод – положительный. Катод обычно выполняют плоским или цилиндрическим из тугоплавких металлов, а анод выполняют в виде металлического или графитового стержня. Газ состоит из нейтральных молекул и, казалось бы, должен быть изолятором. Однако, если к электродам подвести разность потенциалов от внешнего источника, то в газовом объёме начнёт протекать электрический ток, обусловленный наличием в газе носителей электрических зарядов: электронов и положительно заряженных ионов. Процесс ионизации нейтральных молекул газа связан с различными факторами (космические лучи, естественный радиоактивный фон и т. д.). При подобных энергетических воздействиях на атомы газа с их электронных оболочек могут отрываться электроны, становясь свободными носителями электрического заряда, а сам атом превращается в положительно заряженный ион. Они начинают разгоняться в электрическом поле, приобретая дополнительную кинетическую энергию. Сталкиваясь с нейтральными атомами, они передают им свою кинетическую энергию и возбуждают их или даже производят ударную ионизацию. При возбуждении электроны переходят на более высокий энергетический уровень, а при ионизации – совсем покидают атомы. В возбуждённом состоянии электроны находятся недолго и, возвращаясь в исходное состояние, они излучают кванты лучистой энергии и делают видимым газовый разряд.
|
|
|
Одновременно с процессом ионизации атомов идёт и обратный процесс – рекомбинация или деионизация, когда электрон занимает свободный энергетический уровень и образуется нейтральный атом. Для ограничения тока в газоразрядном приборе в его анодную цепь вводится ограничительное сопротивление 
. Величина тока зависит от давления газа, расстояния между электродами, степени ионизации и других факторов. Процесс протекания тока в газовой среде называется разрядом.
|
|
|
Все газовые разряды делятся на два основных вида: несамостоятельный и самостоятельный.
Несамостоятельный разряд возникает под действием внешних ионизаторов (термоэлектронная эмиссия, естественная радиация и т. д.) и прекращается при их отсутствии.
Самостоятельный разряд продолжается и после удаления внешнего ионизатора, только под действием сил электрического поля. Оба вида газовых разрядов могут происходить в различных условиях, с разной интенсивностью и подразделяются на тёмный, тлеющий, дуговой, коронный и искровой.
Вольт-амперная характеристика – это зависимость тока газоразрядного прибора от напряжения между анодом и катодом:
 .
|
Типовой её вид показан на рис. 8.2. Здесь участок ОАБ соответствует несамостоятельному разряду. На участке ОА носители электрического заряда, образовавшиеся под действием естественных ионизирующих факторов начинают двигаться вдоль силовых линий слабого электрического поля.
|
|
|
На участке АБ практически все носители участвуют в образовании электрического тока (участок насыщения). Этот разряд называется тихим или тёмным. Свечения газа здесь ещё нет.
Участок БВ соответствует увеличению тока тихого разряда из-за ударной ионизации молекул газа, а также из-за вторичной электронной эмиссии катода под ударами, разогнавшимися положительными ионами.
ВГ – начальный участок тлеющего разряда. На этом участке возрастает концентрация положительно заряженных ионов вблизи катода и интенсивность ударной ионизации. Процесс сопровождается увеличением тока и падением напряжения 
вследствие перераспределения напряжения источника между сопротивлением 
и изменяющимся внутренним сопротивлением прибора.
Рис. 8.2. Вольт-амперная характеристика газоразрядного прибора
Точка Г соответствует возникновению между анодом и катодом плазменного столба. Плазма – это смесь электронов и ионов, обладающая высокой проводимостью, и на участке ГД имеет место нормальный тлеющий разряд. Поскольку масса образующихся в процессе ионизации электронов и ионов неодинакова (электрон значительно легче тяжёлых ионов), то электроны движутся к аноду с гораздо большей скоростью, чем тяжёлые ионы движутся к катоду. Поэтому у катода скопление положительных ионов образует объёмный положительный заряд, вызывающий перераспределение потенциала в межэлектродном пространстве.
|
|
|
Вместо линейно возрастающего от катода к аноду потенциала (показан пунктиром), имеет место следующая зависимость: вследствие возникновения объёмного положительного заряда у катода наблюдается резкий рост потенциала до величины 
, а затем потенциал изменяется очень незначительно, так как падение напряжения в плазме очень маленькое. При нормальном тлеющем разряде (участок ГД) площадь поверхности катода 
, охваченной свечением, пропорциональна величине тока 
, протекающего через прибор, а плотность тока 
остаётся примерно постоянной. Это свойство газоразрядных приборов используется в газоразрядных стабилитронах или стабиловольтах для получения постоянного (опорного) напряжения, подобно полупроводниковым стабилитронам.
После того, как вся поверхность катода охвачена катодным свечением, разряд переходит в аномальный тлеющий (участок ДЕ), при котором рост плотности тока, может быть, достигнут лишь за счёт увеличения напряжённости электрического поля между анодом и катодом и увеличения интенсивности процесса ионизации. Если не ограничить рост тока, то при некотором критическом значении напряжения (точка Е), называемом напряжением зажигания дугового разряда на участке ЕЖ возникает дуговой разряд. Скорости положительных ионов, бомбардирующих катод становятся очень большими; катод разогревается и возникает термоэлектронная эмиссия. Кроме того возможна эмиссия электронов с катода под действием сильного электрического поля между анодом и катодом (электростатическая эмиссия). Плотность тока, поэтому резко возрастает, а внутреннее сопротивление и, соответственно, напряжение уменьшается. Дуговой разряд сопровождается сильным свечением рабочего участка катода, называемого катодным пятном. Дуговой разряд может быть самостоятельным и несамостоятельным. Самостоятельный поддерживается за счёт явлений в самом разряде. Несамостоятельный поддерживается за счёт постороннего источника эмиссии, например, подогревного катода.
Коронный разряд – это разновидность тлеющего разряда. Он возникает там, где резко искажается электрическое поле, например, острая кромка, штырь и т. д.
Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 1003; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!