Ольга Косарева - Шпаргалка по общей электронике и электротехнике

Тлеющий разряд относится к самостоятельным. Для него характерно свечение газа, напоминающее свечение тлеющего тела. Плотность тока при этом разряде достигает единиц и десятков миллиампер на квадратный сантиметр и получаются объемные заряды, существенно влияющие на электрическое поле между электродами. Напряжение, необходимое для тлеющего разряда, составляет десятки или сотни вольт. Разряд поддерживается за счет электронной эмиссии катода под ударами ионов.

Основными приборами тлеющего разряда являются стабилитроны– ионные стабилизаторы напряжения, газосветные лампы, тиратроны тлеющего разряда, цифровые индикаторные лампы и декатроны – ионные счетные приборы.

Дуговой разряд получается при плотностях тока, значительно больших, чем в тлеющем разряде. К приборам несамостоятельного дугового разряда относятся газотроны и тиратроны с накаленным катодом; в ртутных вентилях (экзитронах) и игнитронах, имеющих жидкий ртутный катод, а также в газовых разрядниках происходит самостоятельный дуговой разряд.

Дуговой разряд может быть не только при пониженном, но и при нормальном или повышенном атмосферном давлении.

Искровой разряд имеет сходство с дуговым. Он представляет собой кратковременный (импульсный) электрический разряд при сравнительно высоком давлении газа, например при нормальном атмосферном. Обычно в искре наблюдается ряд импульсных разрядов, следующих друг за другом.

Высокочастотные разряды могут возникать в газе под действием переменного электромагнитного поля даже при отсутствии токоподводящих электродов (безэлектродный разряд).

Коронный разряд является самостоятельным и используется в ионных приборах для стабилизации напряжения. Он наблюдается при сравнительно больших давлениях газа в случаях, когда хотя бы один из электродов имеет очень малый радиус кривизны. Тогда поле между электродами получается неоднородным и около заостренного электрода, называемого коро-нирующим, напряженность поля резко увеличена. Коронный разряд возникает при напряжении порядка сотен или тысяч вольт и характеризуется малыми токами.

Рассмотрим тлеющий разряд между плоскими электродами. При отсутствии разряда, когда объемных разрядов нет, поле однородно и потенциал между электродами распределен по линейному закону. В электронном (вакуумном) приборе при наличии эмиссии существует отрицательный объемный заряд, создающий вблизи катода потенциальный барьер. Этот барьер препятствует получению большого анодного тока.

В ионном приборе с тлеющим разрядом за счет большого количества положительных ионов создается положительный объемный заряд. Он вызывает изменение потенциала в пространстве «анод – катод» в положительную сторону.

В ионном приборе распределение потенциала таково, что почти все анодное напряжение падает в тонком слое газа около катода. Эта область называется катодной частью разрядного промежутка.Ее толщина не зависит от расстояния между электродами.

Около катода создается сильное ускоряющее поле. Анод как бы приближается к катоду. Роль анода выполняет «нависшее» над катодом ионное облако с положительным зарядом. В результате действие отрицательного объемного заряда компенсируется и потенциального барьера около катода нет.

Вторая часть разрядного промежутка характеризуется небольшим падением напряжения. Напряженность поля в ней мала. Ее называют областью газовой, или электронно-ионной, плазмы. Из нее выделяют часть, прилегающую к аноду и вызываемую анодной частью разрядного промежутка, или областью анодного падения потенциала. Область между катодной и анодной частями называют столбом разряда. Анодная часть не имеет важного значения, и можно рассматривать столб разряда и анодную часть как одну область плазмы.

Плазма– это сильно ионизированный газ, в котором количество электронов и ионов практически одинаково. В плазме беспорядочное движение частиц преобладает над их направленным движением. Но все же электроны движутся к аноду, а ионы – к катоду.

Силы поля, действующие на электроны и ионы, одинаковы и лишь противоположны по направлению, так как заряды этих частиц равны, но обратны по знаку. Но масса иона в тысячи раз больше массы электрона. Поэтому ионы получают соответственно меньшие ускорения и приобретают относительно малые скорости. По сравнению с электронами ионы почти неподвижны. Следовательно, ток в ионных приборах практически является перемещением электронов. Доля ионного тока весьма мала и ее можно не принимать во внимание. Ионы выполняют свою задачу. Они создают положительный объемный заряд, который значительно превышает отрицательный объемный заряд и уничтожает потенциальный барьер около катода.

Область катодного напряжения играет важную роль. Проникшие из плазмы в эту область ионы получают здесь ускорение. Ударяя в катод с большой скоростью, ионы выбивают из него электроны. Этот процесс необходим для поддержания разряда. Если скорость ионов недостаточна, то электронной эмиссии не получится и разряд прекратится. Вылетевшие из катода электроны в области катодного падения также ускоряются и влетают в плазму со скоростью, значительно большей, чем необходимо для ионизации атомов газа. Электроны сталкиваются с атомами газа в различных частях плазмы. Поэтому ионизация проходит во всем объеме. В плазме совершается также и рекомбинация.

Только малая часть ионов, возникших в плазме, участвует в создании электронной эмиссии катода. Большинство ионов рекомбинирует с электронами и не доходит до катода.

Приборами тлеющего, или коронного, разряда являются стабилитроны.Наиболее широко распространены стабилитроны тлеющего разряда, работающие в режиме нормального катодного напряжения.

Поскольку темный разряд, предшествующий тлеющему разряду, не используется, не представляет интереса, его не показывают на вольт-амперной характеристике стабилитрона. Точку возникновения разряда показывают на вертикальной оси. Практически так и получается, потому что миллиамперметр для измерения тока тлеющего разряда не покажет ничтожно малого тока темного разряда.

Область нормального катодного падения, пригодная для стабилизации, ограничена минимальным и максимальным токами. При токе, меньшем минимального, разряд может прекратиться. Максимальный ток либо соответствует началу режима аномального катодного падения, либо при нем достигается предельный нагрев электродов.

Скачок тока при возникновении разряда может быть различным в зависимости от сопротивления резистора. Если оно большое, то появляется сравнительно небольшой ток, а если взять малое, то возникает большой ток. Для стабилизации это невыгодно, так как участок стабилизации напряжения сокращается. При малом сопротивлении может даже произойти скачок тока в область аномального катодного падения, и стабилизации вообще не получится. Таким образом, ограничительный резистор с достаточным сопротивлением необходим по двум причинам: чтобы не произошло чрезмерного возрастания тока (короткого замыкания) и чтобы мог существовать режим стабилизации напряжения.