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

3 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

55641. Рівняння 64.5 KB
  Мета уроку: формування понять піраміда основа вершина бічні ребра висота піраміди вмінь учнів знаходити елементи піраміди. Спільну вершину трикутних граней називають вершиною піраміди протилежну...
55642. Квадратні рівняння. Розв’язування неповних квадратних рівнянь 119 KB
  Мета: Повторити вивчений матеріал про лінійні рівняння з однією змінною рівняння першого степеня його корені та способи розвязування; Вивести: означення квадратного рівняння та навчитися їх перетворювати до зведених квадратних рівнянь...
55643. Алгебраїчні рівняння та нерівності вищих порядків, які зводяться до квадратних 2.48 MB
  Основні методи розв’язання рівнянь Розкладання лівої частини рівняння на множники А Спосіб групування 1 Розв’язання 2 Відповідь: Б Застосування схеми Горнера 1 Розв’язання Дільниками вільного члена є числа Серед них знаходимо корені рівняння...
55644. Рівняння. Розв’язування задач за допомогою рівнянь 286.5 KB
  Мета уроку: узагальнити та закріпити навички розв’язування рівнянь і задач за допомогою рівнянь; розвивати навички усної лічби вміння аналізувати умову задачі й вибирати ту величину для позначення її змінною...
55645. РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ДІОФАНТОВИХ РІВНЯННЬ 531.5 KB
  Ознайомити учнів з діофантовими рівняннями та різними способами їх розв’язування можна на факультативних заняттях чи на засіданнях математичного гуртка. Кожен спосіб супроводжується теоретичним обґрунтуванням прикладами розв’язаних задач та задачами для самостійного розв’язування.
55646. Рівняння та їх властивості 117.5 KB
  Мета: навчальна: повторити основні відомості про рівняння; ознайомити учнів з основними властивостями рівнянь; формувати вміння застосовувати властивості при розв’язуванні рівнянь...
55647. З Різдвом Христовим 289 KB
  У хату заходить господиня з діточками. Господиня Ой славен славен Святий вечір. Господиня Неси синку Дідуха на покуть. Господиня Несу кутю на покутю на зелене жито щоб бджоли сіли щоб ми дочекалися сіяти й орати щоб ми були багаті на бджоли й вівці на гроші й червінці.
55648. Святкування Різдва в Україні 49.5 KB
  Щось колядники не йдуть. До хати входять колядники співають Добрий вечір тобі пане господарю Радуйся Ой радуйся земле Син Божий народився. Застеляйте столи та все килимами Та кладіть калачі з ярої пшениці Бо прийдуть до тебе три празники в гості...
55649. Різдво Христове як прояв Божого милосердя 37.5 KB
  Мета: Виховати в учнів почуття радості Світлого Різдва Христового; формувати потребу приносити радість. Розвивати духовно моральне мислення учнів. Вмховувати духовно багату високоморальну особистість.