Вольт-амперная характеристика разряда между электродами

По достижении на электродах пробивающего напряжения U=U_t в газе зажигаетсясамостоятельный разряд.В рамках той идеализи­рованной схемы приU=U_t ток стремится к бесконечности. В реальной цепи помимо разряд­ного промежутка всегда имеется омическое сопротивление(специально включенное, сопротивление проводов, источника питания), и это ограничивает абсолютный предел величины достижимого тока при заданной электродвижущей силе источникаЕ.Поскольку масштаб разрядного тока во многом определяет сам тип разряда, ибо с величиной тока связана степень ионизации газа, от сопротивлениязависит, какой разряд загорится после пробоя

Нагрузочная прямая.Уравнение электрически замкнутой цепи, включающей разрядный промежуток, имеет вид

. (11.1)

На графике U = f(i) это уравнение изображается прямой линией (рис. 11.2), которая называетсянагрузочной прямой.Она проходит тем круче, чем больше внешнее сопротивление, и отсекает на оси абсцисс величину предельного токаЕ/..Реализуются те значенияiиU, которым отвечает пересечение нагрузочной прямой и вольт-амперной характеристики (ВАХ)U = f(i).

Темный таунсендовский разряд. Допустим, что сопротивлениестоль велико, что в цепи протекает лишь исключительно слабый ток. Для поддержания такого самостоятельного разряда к электро­дам должно быть приложено напряжение, равноепотенциалу зажигания U_t.Именно оно обеспечивает стационарное воспроизводство электронов, вылетающих из катода и вытягиваемых на анод. Пока поле не зависит от плотностей зарядов (от тока), на ВАХ разрядаU = f(i) = const = U_t. Этой ситуации отвечает участок ВС (рис. 11.2). Такой самостоятельный разряд действительно наблюдается экспериментально в обычных трубках при токах 10^-10– 10^-5А. Он называетсятемным таунсендовским. Из-за чрезвычайной малости ионизации газ совсем не светится. Ток регистрируют высокочувствительными приборами.

Тлеющий разряд.Будем увеличивать ток, уменьшая нагрузочное сопротивление или увеличивая ЭДС источникаЕ.Начиная с какого-то тока, напряжение на электродах падает. Потом его падение прекращается и в доволь­но большом диапазоне токов (иногда в несколько порядков) напряжение почти не изменяется. Этот участокDEна ВАХ соответствует так называемомунормальному тлеющему разряду.Нижней части переходного участкаCDотвечаетподнормальныйтлеющий разряд.

Нормальный разряд обладает замечательным свойством. При из­менении разрядного тока плотность его на катоде остается неизмен­ной. Меняется площадь на катоде, в которую втекает ток. Меняя илиЕв ту или другую сторону, можно видеть, как светящеесятоковое пятнона поверхности катода расширяется или сокра­щается.

Рис. 11.2. ВАХ разряда между электродами (1) в широком диапазоне токов и нагрузочная прямая (2): AB – область несамостоятельного разряда; BC – темный таунсендовский разряд; DE – нормальный тлеющий разряд; EF – аномальный тлеющий разряд; FG – переход в дугу; GH- дуга

Когда на катоде не остается свободного места, для увеличения тока приходится повышать напряжение (необходимо вырывать с единицы площади катода больше электронов). Ведь теперь должна расти плотность катодного тока. Такой разряд называется аномальным. Ему соответствует нарастающий участокEFВАХ. Интересно наблюдать переход к аномальному режиму. Видно, как тлеющее свечение охватывает сначала всю поверхность катода, обращенную к аноду, потом отыскивает любое не защищенное диэлектриком место на боковой, внутренней сторонах, на ножке и лишь когда все исчерпано, становится более протяженным и насыщенным, что свойственно аномальному разряду. Приi~ 1Aтлеющий разряд срывается вдугу. УчастокFGописывает переход в дугу, участокGH–дуговой разряд.