74226

Приборы тлеющего разряда

Лекция

Физика

Приборы дугового разряда с накаленным и холодным катодом. Использование газового разряда в приборах квантовой электроники. Особенности приборов тлеющего разряда Простейшие приборы – двухэлектродные.

Русский

2014-12-30

397 KB

5 чел.

Лекция 19 Приборы тлеющего разряда

Индикаторы, стабилитроны, газотроны, тиратроны, декатроны, коммутаторы. Основные характеристики. Приборы дугового разряда с накаленным и холодным катодом. Особенности работы и применения. Использование газового разряда в приборах квантовой электроники.

  1.  Особенности приборов тлеющего разряда

Простейшие приборы – двухэлектродные.

Приборы постоянного тока (катод имеет более развитую поверхность, чем анод)

Приборы переменного тока (катод и анод одинаковы, так как выполняют свои функции попеременно)

Приборы с плоскими и цилиндрическими электродами. С металлической и стеклянной оболочкой  P~1300….130000 Па.

Основные характерные признаки всех приборов тлеющего разряда.

  •  холодный катод (ненакаливаемый). – упрощается конструкция, повышенная долговечность.
  •  наличие светящегося слоя. Визуальная индикация работы.
  •  высокая экономичность. Долговечность, малые габариты.

Двухэлектродные приборынеуправляемые.

Разряд возникает при подаче U питания и горит до сохранения Umin горения.

Управляемые – одна и более сеток. Разряд возникает при подаче управляющего напряжения на сетку при наличии Umin горения на аноде.

  1.  Классификация

  •  световые индикаторы;
  •  стабилитроны;
  •  двухэлектродные высоковольтные вентили (газотроны);
  •  тиратроны;
  •  разрядники (предохранители);
  •  газосветные лампы;
  •  ПКЭ

  1.  Дискретные световые индикаторы

Обычно наполнены Ne, Ne+Ar (0,00005…0,1), и другие в зависимости от нужного свечения.

Форма различна: цилиндр, колба, …

Электроды – плоские, цилиндрические, кольцевые.

Электрические параметры:

UЗ, определяющее рабочее напряжение сети UР (UЗUР),

UГ, Iа,

;                               (8.1)

Световые параметры:

сила света I(кд), яркость В (кд/кв. м), ее пространственное распределение,

;                                              (8.2)

S – излучающая площадь (Кд/м2)

Световая отдача η (лм/Вт)

η;                                       (8.3)  

Ω – телесный угол

РЭЛ – потребляемая мощность

                                                   (8.4)  

- показывает экономичность прибора.

Долговечность – длительность работы без выхода основных параметров за пределы допустимых значений.

Газы: Ne – дает наиболее яркое свечение. Давление ~ 2500 – 4000 Па. Чем P тем больше запас газа   долговечность, сила тока ( ПС), но и UЗ и UГ   выбирают компромисс.

Используют нормальный тлеющий разряд на границе перехода в аномальный (горит вся поверхность катода).

Типы: переменного и постоянного тока (электроды разные по размеру и форме, материалу), универсальные.

  1.  Матричные индикаторы (плазменные панели)

Матричные индикаторы используются для отображения информации.

Рисунок 8.14 –

Рисунок 8.15 – Схема матричного индикатора

  1.  Стабилитроны

Стабилитроны – приборы, применяемые для поддержания на одном уровне выходного напряжения различных устройств.

Принцип работы основан на использовании нормального тлеющего разряда.

Конструкция – цилиндрические концентрически расположенные электроды. Колба – стекло или металл.

Рисунок 8.1 – Стабилитрон

Основные параметры – напряжение стабилизации равно напряжению горения UГ.

5 групп по UСШ: 50-60; 70-75; 80-90; 103-113; 140-160.

Для обеспечения этого параметра изменяется: материал катода; состав газа; выбор междуэлектродного промежутка d (обычно d ≈ dK – катодного падения).

В низковольтных стабилитронах используют активированные катоды (до 80 В), для более высоких U – Mo, Ni.

Газ: пеннинговская смесь

He+Ar (Выше U), Ne+Ar (Ниже U), Ne+Kr

Внутрь прибора вносят поглотитель (танталовый геттер или распыляемый капсульный геттер), который активируют – разогревают или распыляют перед герметизацией.

Рисунок 8.2 – ВАХ стабилитрона

Основные параметры:

UЗ, UГ, Iа min, Iа max, ΔUГ(Горения),

;                                             (8.5)  

- динамическое сопротивление,

;                                            (8.6)  

  •  Зависимость UГ от T (ТКН)
  •  Нестабильность U при ICT=const (дрейф)
  •  Долговечность и надежность.
  •  

Схемы стабилизации

  1.  Параметрическая

Рисунок 8.3 – Параметрическая схема стабилизации

UГ – основной параметр

  1.  Компенсационная

Рисунок 8.4 – Компенсационная схема стабилизации

VS – опорное напряжение на катоде VT2. Сеточное напряжение VT2 пропорционально Uвых. С ↑Uвых→ ↑UС(VT2)→ ↑IR1→ ↓U С(VT1)→ ↓I0→ ↓IН→        ↓Uвх.

  1.  Вентили (газотроны) тлеющего разряда

Аналог диода.+полупериод

ΔUа – напряжение горения вентиля

  •  полупериод


Рисунок 8.5 – Аналог диода

Для повышения эффективности вентиля необходимо, чтобы ΔUа  Uобр. Учитывая, что ΔUа ~ 80 ÷ 150 В при низких рабочих U вентили не применяются. Область применения связана с использованием следующих преимуществ: малая зависимость режима работы от T, устойчивость против излучений, визуальный контроль рабочего режима.

Основная проблема – обеспечение высокой пробивной прочности прибора в – полупериод и небольшого ΔUа в + период. Это достигается конструкцией прибора.


Рисунок 8.6 – Конструкция газотрона

Катод имеет площадь, достаточную для заданного тока в режиме нормального тлеющего разряда. Металлическая крышка (экран) отделяет анодную камеру от катодной.

  •  полупериод: условия зажигания в катодной камере легко достигается при данных  P0d на правой ветви кривой Пашена (низкие UЗ и UГ). Разряд зажигается между катодом и экраном, а затем переходит на анод.
  •  полупериод: условие зажигания достигается при высоких Uа (малый объем камеры, малые P0d – работа на левой ветви кривой Пашена).

Используют He с P ~ 1500-2000 Па.

  1.  Тиратроны

Трехэлектродный прибор имеет катод, анод, сетку из никеля (диафрагма с центрированным отверстием, либо щелью).

Рисунок 8.7 – Тиратрон

Сетка позволяет только открыть тиратрон, но прекратить разряд она не может.

Рисунок 8.8 – Тиратрон

В начале между К и А прикладывается U, которое недостаточно для развития разряда без участия сетки (UЗ0 > Uа). Когда подают на сетку UС, зажигается сеточный разряд, электроны диффундируют через отверстие в анодную область и зажигается основной разряд. Uа снижается до UГ.

Рисунок 8.9 –

Для гашения разряда необходимо ↓ Uа до UГ.

Сетка после зажигания разряда не может участвовать в управлении анодным током так как плазма экранирует ее от остального объема, окружая электронной (если UС > 0) или ионной (если UС 0) оболочкой.

В течение всего разряда, поэтому, в сеточной цепи будет ток.

В большинстве тиратронов вводится еще один электрод – вспомогательный, для создания вспомогательного разряда (плазменного катода). На него подают Eвспомогательное и зажигают вспомогательный разряд. Но  его горение недостаточно поджига основного разряда из за экранирования сеткой анода (малая проницаемость сетки). Только при подаче + импульса на сетку и протекания через нее тока, заряды проникают в анодную часть и зажигают основной разряд (токовое управление). В ряде случаев роль анода подготовительного разряда выполняет нижняя часть сетки.

Рисунок 8.10 –

Другой вариант управления – двухсеточный.

Рисунок 8.11 –

1 я сетка обеспечивает вспомогательный разряд UС2 UС1 и электроны не проходят к аноду. Для включения основного разряда → + на 2-ю сетку – электростатическое управление.

Конструкции тиратронов

Рисунок 8.12– Тиратрон МТХ – 90

Катод активирован Cs. UСЗ ≤ 85 В. UГ ~ 55 ÷ 60 В.

 

Рисунок 8.13 –  Характеристики зажигания

На характеристике нет горизонтального участка так как тиратрон не является короткопромежуточным прибором.

  1.  Применение газового разряда в квантовой электронике

Виды разрядов:

  •  Несамостоятельный
  •  Самостоятельный

Разряд, используемый в ОКГ

Стационарный

Импульсный

Тлеющий

I ~ 10-5…10-1 А/см2

Дуговой

Δt1 « Δt2

Время нарастания тока характерного времени заселения рабочих состояний (≈ 10-4 ÷ 10-5 с)  нестационарная плазма инверсия населенности состояний возникает на фронте или на спаде импульса тока

J ≈ 103 А/см2

I ~ 103 А/см2, Т↑

n зарядов ~ 10%

(степень ионии- зации)

Разряд постоянного тока

ВЧ разряд

f ~ 10-50Мгц

электроды могут распо-лагаться снаружи (много).

Неудобство - сниженный источник питания,  ↑Т0, помехи ВЧ.

tгаза ≈ tокр. среды

Степень ионизации

10-4…10-2 %

U ~ 1…2 кВ на каждый метр разрядного промежутка

He – Ne ОКГ


Рисунок 8.23 –

P ~ 10…100 мВт

= 0,63 мкм (красный); 1,15 мкм (ик); 3,39 мкм(ик)

Ионные ОКГ – дуговой разряд  ↑Т ↑j →  

капилляр ( 1 – 3 мм) I ~ 1 – 10 – 30 А  j ~ 103 А/см2 

Рисунок 8.24 –

H ~ 2 – 4 кЭ - ↑P в несколько раз.

кпд ~ 0,01 ÷ 0,1 %

CO2 – лазер (смесь CO2 + N2 в соотношениях 1:1, 1:5), ~ 10,6 мкм, P ~ 1 мм.рс, трубка диаметром 25 ÷ 100 мм, Iразр ≈  10 – 103 мА, U ~ 10кВ

Тлеющий разряд постоянного тока

Прокачка газа P 1 кВт, кпд ~ 10 % ÷ 15 %

Используют и другие газы, смеси.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6243. Генетика как научный фундамент биотехнологии 93.5 KB
  Генетика как научный фундамент биотехнологии Основы биотехнологии. Задачи биотехнологии. Структура современной биотехнологии Клеточная инженерия: достижения и перспективы Генная инженерия: достижения и перспективы Генетические основы выс...
6244. Рынок капитала, рынок земли 80.5 KB
  Рынок капитала, рынок земли. 1. Понятие капитала и процента. 2. Долгосрочные инвестиции. Анализ эффективности инвестиций. 3. Рынок земельных ресурсов и земельная рента. 4. Прибыль как факторный доход. 1. Капитал - это определенная сумма благ в ...
6245. Язык программирования Паскаль 73.5 KB
  Язык программирования Паскаль План Основные сведения Основные элементы Паскаля Структура программы Организация и описание данных Основные сведения Язык Паскаль является одним из самых распространенных в настоящее время алгори...
6246. Абсолютизация идеализма у Г.В.Ф. Гегеля 102.5 KB
  Абсолютизация идеализма у Г.В.Ф. Гегеля. Вопрос 1 Истоки и основные параметры философской системы Гегеля. Всё действительное разумно, всё разумное действительно (Гегель). Жизнь и труды Гегеля. Немецкий философ Георг Вильгельм Фридрих Гегель (1770-18...
6247. Россия в начале XVII в. Смутное время 83.5 KB
  Россия в начале XVII в. Смутное время Борьба за власть в период правления Федора Ивановича (1584-1598). Борис Годунов (1598-1605). После смерти Ивана IV Грозного царствовать начал его сын Федор Иванович (род. 21 мая 1557). Власть фактически пе...
6248. Фармакопейный анализ кислоты борной и натрия тетрабората, железа сульфата, натрия гидрокарбоната 101 KB
  Фармакопейный анализ кислоты борной и натрия тетрабората, железа сульфата, натрия гидрокарбоната Бор и его соединения В природе бор встречается в виде борной кислоты, которая содержится в воде горячих источников. Соединения бора содержатся также в н...
6249. CD и DVD 104 KB
  CD и DVD Что такое СD? Конструкция диска CD-DA (Compact Disk - Digital Audio, компакт-диск - цифровой звук) и способ записи звука на нем описывается стандартом предложивших его фирм Sony и Philips, изданным в 1980 году под названием Red Book...
6250. Генетика популяций. Выполнение закона Харди–Вайнберга в природных популяциях 137.5 KB
  Генетика популяций 1. История понятия популяция. Современное определение популяции. Генетическая структура популяции 2. Закон Харди–Вайнберга - основной закон популяционной генетики 3. Выполнение закона Харди–Вайнберга в природных поп...
6251. От философии Гегеля к марксизму 93.5 KB
  От философии Гегеля к марксизму. Вопрос 1 Философия Л. Фейербаха и К. Маркса: поворот к материализму. Не Бог человека, а человек Бога создал по образу и подобию своему (Л. Фейербах). Философы различным образом объясняли мир, но дело за...