Плазмова електроніка.

Плазмова електроніка – це розділ електроніки, в якому вивчають процеси колективної взаємодії потоків заряджених часток з плазмою та іонізованим газом, що приводять до збудження в системі хвиль і коливань, а також використання ефектів такої взаємодії для створення приладів та пристроїв електроніки.

Плазма = квазінейтральний газ заряджених частинок.

Плазма (від грець. plasma — зліплене, оформлене), частково або повністю іонізований газ, в якому щільності позитивних та негативних зарядів практично однакові.

Термін «плазма» в фізиці був уведений у 1923 американськими вченими І.Ленгмюром і Л.Тонксом, що робили зондові вимірювання параметрів низькотемпературної газорозрядної плазми.

При достатньо сильному нагріванні будь-яка речовина випаровується, перетворюючись у газ. Якщо збільшити температуру, різко посилиться процес термічної іонізації (молекули газу почнуть розпадатися на їх атоми, які потім перетворяться в іони). Іонізація газу, крім того, може бути викликана його взаємодією з електромагнітним випромінюванням (фотоіонізація) або бомбардуванням газу зарядженими частинками.

Відмінність властивостей плазми від властивостей нейтральних газів:

1. Взаємодія частинок плазми між собою характеризується кулонівськими силами притягнення та відштовхування, що зменшуються із відстанню більш повільно, ніж сили взаємодії нейтральних частинок. Це означає, що взаємодія частинок у плазмі є не «парним», а «колективним» — одночасно взаємодіють друг з другом велика кількість частинок.

2. Електричні та магнітні поля сильно діють на плазму (у той же час як вони слабо діють на нейтральний газ), викликаючи появу у плазмі об’ємних зарядів і струмів та забезпечують ряд специфічних властивостей плазми.

Частково (не повністю) іонізована плазма – присутня значна кількість нейтральних атомів.

Заряджена (нейтральна) плазма – сумарний позитивний заряд частинок дуже відрізняється від сумарного негативного.

Електронно – діркова плазма у напівпровідниках.

Як правило розглядають квазінейтральну електрон-іонну плазму.

Густина: n – кількість електронів в одиниці об’єму.

Температура: Т – температура плазми в енергетичних одиницях.

m, р -- маса та імпульс електрона

«Квантовий» масштаб - довжини хвилі Де-Бройля

«Плазмовий» масштаб - відстань між частинками

Класична плазма:

Класична плазма: частинки можна розглядати як точкові заряди. _n_d-B

Вироджена плазма: суттєві квантово-механічні ефекти. _n  _d-B

Межа між режимами: _n  _d-B

Ідеальна плазма: W_E W_k (потенційна енергія взаємодії частинок є малою в порівнянні з тепловою енергією)

W_E -- енергія кулонівської взаємодії;

W_k -- кінетична енергія частинок.

Макроскопічне відхилення від квазінейтральності приводить до появи електричного поля. В плазмі виникають подовжні коливання просторового заряду -- ленгмюрівсбкі хвилі. Наявність власних коливань є властивістю плазми.

Плазмова частота

Випромінювання плазми.

Низькотемпературна плазма.

Спектр випромінювання низькотемпературної плазми складається з окремих спектральних ліній. Вони утворюються, переважно, завдяки рекомбінаційним процесам. Тому таке випромінювання отримало назву рекомбінаційного випромінювання. За рахунок ефектів неоднорідного розширення спектральних ліній атомів може мати широкі спектральні смуги.

Високотемпературна плазма.

Є більш різноманітним і класифікується в загальному випадку:

- гальмівним випромінюванням;

- магнетронним або синхротронним (окремий випадок - циклотронним) випромінюванням;

- корпускулярним випромінюванням.

Гальмівне випромінювання.

1. Має безперервний рентгенівський спектр.

2. Виникає при зіткненні електронів з іонами в електричному полі.

3. Інтенсивність пропорційна квадрату прискорення і квадрату номера Z ядра зарядженої частинки та зворотно пропорційно її масі (випромінювання електронів є більш потужним).

4. Спектр випромінювання обмежується максимальною енергією фотона.

5. Кутове розподілення випромінювання залежить від кінетичної енергії електрона (Т_е).

При Т_е  m_ec² (нерелятивістський випадок) кутове розподілення подібно до розподілення електричного диполя, перпендикулярного до площини траєкторій електронів.

При Т_е  m_ec² (ультрарелятивістські енергії) випромінювання спрямоване по траєкторії руху електронів та концентрується в межах конуса з кутом рад.

6. Використовується для отримання інтенсивних пучків фотонів та -квантів.

Магнетронне випромінювання.

1. Виникає у магнітному полі за рахунок ларморівського обертання електронів в плазмі.

2. Має практично безперервний спектр в УФ та м'якому рентгенівській області.

3. Кутове розподілення зосереджено у напрямку миттєвої швидкості частинки у вузькому конусі з кутом розкриву . Е – енергія частинки.

4. Має перспективи використання у рентгенолітографічних процесах мікроелектроніки.

5. Випромінювання нерелятивістських частинок, що рухаються по спіральним траєкторіям має назву циклотронного випромінювання .

6. Випромінювання окремої частинки є поляризованим, більша частина еліпсу поляризації розташована у проекції магнітного поля.

Корпускулярне випромінювання.

Формується за рахунок швидких частинок, що вилітають із нерівноважної плазми у результаті розвитку різних нестійкостей.

Електричним розрядом в газі називають сукупність явищ, що обумовлені проходженням електричного струму скрізь газовий проміжок.

Рис. Фізичні процеси в газовому розряді

При тиску газу у внутрішньому об'ємі приладу 10^-3 Па (1 мм рт. ст. = 133 Па) і нижче носіями заряду, що визначають значення струму в приладі, практично є електрони. Вони рухаються майже без зіткнень, і середня довжина їх вільного пробігу _Ae помітно перевищує відстань між електродами.

При підвищенні тиску електрони, що рухаються, починають взаємодіяти (стикатися) з атомами газу і їх довжина вільного пробігу стає менше відстані між електродами. Характер зіткнень між електронами і атомами багато в чому визначає особливості газового розряду.

Складні явища, що протікають в газовому проміжку, можна звести до невеликої кількості елементарних процесів, що призводять до зміни енергії заряджених часток: іонізація, збудження, перезарядка і рекомбінація. Перераховані процеси можуть бути описані на основі класичних законів збереження енергії й імпульсу при зіткненнях.

Зіткнення атомних часток носять пружний і непружний характер.

При пружному зіткненні між частками відбувається обмін імпульсом і кінетичною енергією, але їх внутрішні енергії і стани залишаються незмінними.

Якщо при зіткненні відбувається зміна внутрішньої (потенційної) енергії, то це призводить до іонізації і збудження. Цей тип зіткнень відноситься до непружних.

Валентні електрони мають найбільший запас енергії і беруть участь в створенні хімічного зв'язку між атомами, визначаючи активність речовини. Електрони, що покинули свою орбіту і переміщаються між атомами, називаються вільними. Нейтральний в електричному відношенні атом, втрачаючи або придбаваючи електрони, стає позитивно або негативно зарядженим іоном.

Під енергією іонізації розуміють енергію, яка потрібна для руйнування зв'язку між електроном і незбудженим атомом W_i=e U_i, де U_i - потенціал іонізації -- та різниця потенціалів, яку повинен пройти електрон в електричному полі, щоб придбати енергію, достатню для відриву валентного електрона і утворення позитивно зарядженого атома.

Рис. Залежність потенціалу іонізації від порядкового номеру атома та схематичний процес утворення негативних та позитивних іонів

Вірогідність пружних і непружних зіткнень визначається через ефективні поперечні перерізи. Якщо умовно уявити собі частинки у вигляді дисків, то сумарна площа дисків, що відповідає кількості атомів (молекул і т. д.) в одиниці об'єму, і визначає повний ефективний поперечний переріз Q _і [м² / м³].

Повний ефективний поперечний переріз Q_і пов'язаний з ефективним поперечним перерізом атома q [м²] :

Q_і=q_in,

де d - ефективний діаметр атома. Під ним розуміється умовний діаметр мішені (диска), в межах якого можлива взаємодія електрона з атомом.

Якщо додати ефективні діаметри атомів на одиницю об'єму, отримаємо повний ефективний переріз для процесу іонізації :

, ,

де n - концентрація атомів.

Часто значення Q_i відносять до одиничного тиску (1 мм рт. ст.) і температури 0 ºС, тому

де Q_i0 – ефективний перетин іонізації при одиничному тиску.

Також ефективний перетин визначається через довжину вільного пробігу електрона _А при тепловому русі (середню відстань, яку проходить електрон між зіткненнями, або кількість зіткнень при проходженні електроном 1 см):

Для визначення Q_i використовують наступні апроксимацій для монохроматичного пучка електронів:

1. Лінійна апроксимація, що відповідає невеликим перевищенням енергії електронів над пороговим значенням іонізації :

,

де С_i - коефіцієнт пропорціональності, що характеризує нахил кривих перерізу іонізації у порогових значень; U - енергія іонізуючих електронів; U_i - потенціал іонізації атома або молекули.

2. Апроксимація Лотца-Дрєвина :

де S₀ = а₀² = 0.88·10^─20 м² (а₀ - радіус першої борівскої орбіти атома водню); Rd = 13.6 В - потенціал іонізації атома водню по Рідбергу; ₁ і ₂ – коефіцієнти налаштування; n - число еквівалентних електронів на зовнішній оболонці атома (електронів з однаковими головним і орбітальним квантовими числами), що іонізується.

У газовому розряді має місце деякий розподіл енергії (f_e), що найчастіше задається законом Максвелла :

.

Таким чином, для оцінки середньої швидкості іоноутворення в позитивному стовпі газового розряду потрібно користуватися поняттям перерізу іонізації, усередненим по функції розподілу електронів :

За характером іонізованого стану плазми розрізняють:

• пробій газу;

• підтримка електричним полем нерівноважної плазми;

• підтримка рівноважної плазми.

Електричні поля, що приводять до іонізації газу поділяються на:

• постійні (низькочастотні включно);

• високочастотні: f 10⁵ – 10⁸ Гц;

• надвисокочастотні : f 10⁹ – 10¹¹ Гц;

• оптичні (від ІЧ до УФ).

Електричні розряди в газі підрозділяють на несамостійні і самостійні.

До несамостійних відносяться розряди, для підтримки яких потрібно емісія електронів з катода або утворення заряджених часток в розрядному проміжку під дією зовнішніх чинників, наприклад, таких як нагрів катода, опромінення катода або газу в розрядному проміжку.

При самостійних розрядах фізичні процеси газового розряду забезпечують вихід електронів з катоду без допомоги зовнішніх чинників.

При русі під дією електричного поля в газовому середовищі електрони призводять до іонізації газу. Мірою іонізації є ступінь іонізації , що визначається як

  Ар  ехр - В / (Е/р),

де А=1/ _Ae0 і В= U_і / _Ae0 В/м мм рт. ст.; Е/р кВ м^-1 мм рт. ст.; _Ae0 – середня довжина вільного пробігу електрона при тиску в 1 Па і Т=0^оС. _Ae = _Ae0 / р₀.

Вторинні електрони, що утворилися під час іонізації також будуть іонізувати газ. Лавинне розмноження електронів та вплив їх на іонізацію газу відображається за допомогою коефіцієнта газового посилення k.

k= exp (l),

де l - відстань між електродами.

Позитивні іони рухаються в напрямку катоду і, при зіткненні з ним, вибивають додаткову кількість електронів. Внесок вторинної іонно-електронної емісії збільшує значення коефіцієнту газового посилення k:

де  -- коефіцієнт вторинної іонно-електронної емісії матеріалу катоду.

Самостійний газовий розряд виникає, коли напруга на електродах приладу і кількість первинних електронів, що помножуються за рахунок іонізації та вторинної емісії зростають настільки, що виконується умова: .

-- визначає кількість електронів у лавині, що ініційовані одним електроном;

-- різниця -- кількість іонів в лавині (-1 означає, що один з електронів лавини вийшов з катода, а не з'явився в результаті іонізації);

- число електронів, вибитих із катода іонами. Рівність цього числа одиниці означає, що електрон, який ініціював лавину і пішов до аноду, заміщається електроном, що виходять з катода під дією іонів лавини та забезпечується самопідтримка процесу.

Часто інтенсивність об'ємної іонізації вимірюють коефіцієнтом η = α / E, який показує кількість актів іонізації, скоєних одним електроном при проходженні різниці потенціалів в 1 В. Замінюючи α на η та враховуючи, що в момент виникнення розряду розподіл електричного поля в проміжку лінійний, тобто Е = U_в / l, можна отримати: .

Вирішивши рівняння щодо U, можна отримати вираз для визначення напруги виникнення самостійного розряду: ,

де U₀ - поправка на початкову енергію електронів, що чисельно дорівнює потенціалу іонізації газу U_i.

Залежність коефіцієнта об'ємної іонізації газу від наведеної напруженості електричного поля Е / р₀ може бути виражена, наприклад, апроксимацією Таунсенда:

де А=1/ _Ae0 і В= U_і / _Ae0 ; _Ae0 – середня довжина вільного пробігу електрона при тиску в 1 Па і Т=0^оС. _Ae = _Ae0 / р₀.

Враховуючи, що в момент виникнення розряду розподіл електричного поля в проміжку лінійний, тобто Е = U_в / l, можна отримати залежність U_в = f (pl). Ця залежність була експериментально перевірена в різних газах німецьким фізиком Пашеном в 1889 р. тому і носить назву кривої Пашена.

З ростом pl число зіткнень збільшується за рахунок збільшення кількості молекул або відстані, що проходять електрони, а ймовірність знижується внаслідок зменшення енергії, що набувають електрони на довжині вільного пробігу.

Іншими словами, при дуже малих pl в проміжку мало молекул через низький тиск або електрони пролітають на анод переважно без зіткнень із-за малої відстані. При великих pl через малу напруженість поля або малу довжину вільного пробігу електрони не можуть набрати енергію, достатню для ефективної іонізації.

АВ При малих напругах на електродах (до 40-50В), газ є майже ідеальним діелектриком, а невеликий струм в 10^-12—10-¹⁰А визванний зовнішніми факторами (радіаційний фон, космічне випромінювання, температура катоду і т.д.).

ВС Струм між електродами незначною мірою збільшується з причини збільшення кількості заряджених частинок, що доходять до електродів без рекомбінації.

CD Ділянка газового посилення, при якій електрони вже мають достатню енергію для іонізації газу. Виникають вторинні електрони та іони, але процеси рекомбінації або деіонізації поки переважають.

AD Область несамостійного газового розряду, бо при ослабленні впливу зовнішніх факторів відбудеться зменшення струму розряду.

DL Область самостійного розряду, яка характеризується несуттєвим впливом зовнішніх факторів.

DE Ділянка тихого (таунсівського) розряду, потенціалом достатнім для виникнення самостійного розряду. Розвивається лавинний розряд.

EF Збільшення струму викривляє поле між електродами, основне падіння потенціалу приходиться на катодну область біля катоду за рахунок концентрації в ній позитивних іонів. Виникає самостійний розряд, який підтримується за рахунок вибивання іонами вторинних електронів з поверхні катоду.

FG Ділянка нормального тліючого або, при високих тисках, іскрового та коронного розрядів. Незначне збільшення потенціалу, за рахунок збільшення площі вторинно-електронної емісії при постійній щільності вторинного струму, приводить до значного збільшення струму розряду.

GH Ділянка аномального тліючого розряду, початок якої характеризується охопленням всієї поверхні катоду процесами вторинно-іонно-електронної емісії. Опір зростає, для збільшення кількості вторинних електронів необхідно збільшити енергію іонів. Кінцева ділянка характеризується розігрівом та збільшенням потенціалу біля катоду, що приводить до розвитку та виникнення дугового розряду HK.

KL Ділянка дугового розряду, що характеризується збільшенням потужності, яка виділяється на катоді, струмами більшими ніж 1А, локалізацією струму на малій поверхні катоду (катодна пляма). Катодна пляма рухається по поверхні катода і є причиною виникнення термоелектронної емісії , автоелектронної емісії та термоіонізації.

Прилади тліючого розряду

Основними ознаками приладів тліючого розряду є холодний катод, порівняно малі робочі струми (мА), стабільність електричних параметрів.

Завдяки цьому вони є більш економічні, мають великі терміни дії, є надійними та більш механічно міцними в порівнянні з електровакуумними приладами.

Застосування:

- стабілізація струмів та напруг;

- комутація електричних сигналів та реалізація пристроїв пам'яті;

- створення індикаторів та систем відображення інформації;

- створення запобіжників -- розрядників.

Стабілітрони тліючого розряду.

Використовуються для стабілізації напруги на малопотужних опорах при струмах до декількох мА.

Стабілітрон – газорозрядний некерований прилад, що застосовується для підтримки незмінної напруги на опорі при зміні струму опору або напруги живлення.

За способом застосування розділяються на:

Стабілітрони стабілізації напруги, у яких робоча точка зміщується в межах всієї характеристики від І_мин до І_макс. Працюють при струмах від 20 до 200 мА.

Стабілітрони опорної напруги, що застосовуються в електронних стабілізаторах. Працюють при струмах до 5мА, мають невелику площу катода і загальні розміри.

Виготовляються в скляних або керамічних оболонках, що заповнюються сумішшю інертних газів під тиском 20-80 мм.рт.ст.

Як правило має 2 електрода – анод і катод. Для зменшення напруги виникнення розряду та робочої напруги використовують електрод підпалу. Катод має більшу, в порівнянні з анодом площу. Катод виготовляється з нікелю та бездомішковому молібдену, іноді активуються.

Характеристики.

Напругою запалювання – потенціал, при якому виникає тліючий розряд.

Напругою горіння (стабілізації) – робочий потенціал на стабілітроні, при якому робоча точка знаходиться в межах струмів стабілізації.

Опір обмеження – опір резистора, що послідовно входить в коло стабілітрона для обмеження струму розряду.

Рис. ВАХ та параметрична схема включення стабілітрона тліючого розряду.

Стабілітрони коронного розряду.

Використовуються як для безпосередньої стабілізації напруги, так і в якості опорних елементів у високовольтних електронних стабілізаторах при струмах до 1,5 мА та напругах від 300В до 30кВ.

Застосовуються в колах живлення фотопомножувачів, електронно-оптичних перетворювачів зображень, в колах відбивних клістронів.

Балони наповнюються сумішшю водню та азоту.

Мають більш пологі ВАХ та збільшену провідність до виникнення розряду (до 2 мкА). Для виникнення розряду необхідно до 30 с.

Рис. ВАХ коронного розряду та схема позитивної корони.

Тиратрони тліючого розряду.

Тиратрони тліючого розряду є малопотужними приладами з холодним катодом (ТХК), що застосовуються в системах електроавтоматики, електронній імпульсній апаратурі, релаксаційних генераторах та інш.

Є високочутливим реле, яке після вмикання вимикається при зменшенні напруги на аноді нижче потенціалу горіння, або негативним імпульсом на керуючу сітку.

Переваги: висока економічність, простота конструкції, малі габарити та вага, здатність пропускати в імпульсі великі струми, довговічність, вібростійкість, великий діапазон робочих температур, малі пускові струми при великому вхідному опорі.

Керування запалюванням можливе двома способами.

Струмове керування – зміна струму в колі керуючого електрода (сітки). Характерно для тиратронів - тріодів. Між сіткою та катодом встановлюється тихий розряд (опір обмеження 10-50МОм). Зміна струму змінює напругу запалювання тиратрона.

Потенційне керування – зміна потенціалу на керуючому електроді (електродах). Використовують, як правило 2 керуючі сітки: сітка попереднього розряду та сітка керування запалюванням. Характеризуються більш стабільними характеристиками:

- підготовчий розряд суттєво зменшує статистичний час запізнення виникнення основного розряду;

- багатосіточне керування суттєво розширює функціональні та діапазонні можливості приладу;

- потенційне керування дозволяє використовувати малопотужні керуючі сигнали з низьким потенціалом.

Рис. Схема включення тиратрону тліючого розряду за допомогою імпульсу напруги на сітці скрізь конденсатор С

Рис. Пускова характеристика та пускова область тиратрона з струмовим керуванням типу МТХ-90

Рис. Електродна структура тиратрона тліючого розряду з потенційним керуванням типу ТХ -4Б

Прилади дугового розряду.

Поділяються на прилади із самостійним та несамостійним дуговим розрядом.

Використовуються в схемах перетворення одного виду електричної енергії в іншу (випрямлення та інвертування струмів), в якості комутаторних імпульсних приладів.

Конструктивно розрізняються:

газотрони – двохелектродні вентилі;

тиратрони – прилади із сітковим керуванням;

ртутні ігнатрони – прилади з ртутним катодом та запалювальним електродом (ігнітер), який занурюються в нього;

ртутні екситрони – прилади з ртутними катодами та постійною допоміжною дугою на анодах збудження (випрямлення трьохфазного струму).

Рис. Скляний газотрон: 1- молібденовий вивід аноду; 2- дисковий нікелевий анод; 3- анодний екран; 4- оксидний катод прямого розжарення; 5- діафрагма; 6- газопоглинач; 7- діафрагма з отворами; 8,9 – діафрагми анодного кріплення; 10- скляна трубка та схема включення (а), діаграми струмів та напруг газотрону (б)

Параметри.

Допустимі середні значення струму І_а,сер;

Допустимі максимальні значення струму І_а,мах;

Допустиме падіння напруги між катодом та анодом U_а;

Максимальне зворотна анодна напруга U_{а, звор}.

Тиратрони несамостійного дугового розряду (імпульсні тиратрони).

Створені для отримання нетривалих електричних імпульсів великої потужності і використовуються в радіолокаційних пристроях, в колах модуляторів, генераторах розгортки, датчиків імпульсів, формуючих пристроїв та інш.

Характеризуються значною імпульсним навантаженням при малих середніх струмах аноду. В імпульсі струм може досягати декілька сотень А при середньому струмі до 1А. Тривалість імпульсів в межах 0,15 -30 мкс при частоті повторення декілька тисяч Гц.

В якості газів використовують інертні гази та, при необхідності роботи у високочастотному діапазоні, водень. Останній є активним елементом та поглинається електродами. Тому використовують генератори водню на основі гідриду титану.

Робота характеризується імпульсною потужністю, найвищою частотою повторення імпульсів, крутизною наростання переднього фронту імпульсного анодного струму та його можливою мінімальною тривалістю. Чим вони вище – тим краще. Також вони характеризуються запізненням анодного струму відносно імпульсу на сітці (0,1-1мкс) із-за необхідності часу для розвитку розряду.

Рис. Конструкція високовольтного вентильного тиратрона з ртутним наповненням, його пускова характеристика та характеристика сіткового запирання: 1- увігнутий графітовий анод; 2- сітка з малими отворами; 3-ціліндричний оксидний катод непрямого розжарення з ребрами; 4- спіраль розжарення; 5- ртуть та пускові характеристики та характеристики сіткового запирання

Вентильні прилади самостійного дугового розряду (ртутні вентилі).

Ртутні вентилі є некерованими газовими приладами із самостійним дуговим розрядом в парах ртуті, що створені для випрямлення та перетворення змінного струму промислової частоти великої потужності.

Розділяються:

за способом створення дуги на ігнатрони та ексітрони;

за номінальними значеннями струмів та напруг;

за матеріалом корпусу (металеві або скляні);

за кількістю анодів;

за системою охолодження;

за системами підтримки вакууму.

Складаються з вакуумного балону в якому знаходиться рідка ртуть (катод), один або декілька робочих анодів, один або декілька анодів підпалу. Застосування ртуті (тиск біля 1Па) дозволяє отримувати питомі струми до 10⁶ А/см² при невеликих розмірах вентиля.

Характеризуються можливістю 100% перевантаження по струму на протязі 10-20 с, що визначає їх надійність, а 90-99% ККД перетворення – високу якість та ефективність.

Розрядні області аналогічні газотронам та тиратронам з відмінністю її меншої протяжності, що приводить до зменшення товщини області прикатодного падіння потенціалу (іони, що створюють біля поверхні катода сильне електростатичне поле). Тому електрони починають іонізацію вже біля катоду.

Рис. Ртутний вентиль самостійного дугового розряду: 1- металевий корпус; 2- анодний екран; 3- анод; 4 – дуга; 5- ртуть та устрій ігнітрона: (1)анод, (2) катод, (3) електрод підпалу, (4) ртуть, (5) ізолятори, (6)рідина охолодження

Вентильні прилади самостійного дугового розряду (ртутні вентилі).

Перевагою потужних ігнітронів є:

простота керування;

висока енергетична ефективність (98-99%);

малі габарити та мала вага;

здатність витримувати струми порядку 1000А при напругах сотні кВ (падіння потенціалу в газорозрядному проміжку 30-40В).

Недолік – невеликий строк служби: 4000– 10000 год.

Розрядники.

Основне призначення газових розрядників – захист ліній зв'язку та елементів радіоапаратури від підвищення напруги та комутація електричних кіл.

Розрізняють захисні розрядники, які працюють в режимі поодиноких увімкнень (1раз за 1 с), та періодично вмикаючи комутаційні розрядники (більше 1 разу за 1 с).

За конструкцією вони представляють 2 або більше металевих електрода, які розміщуються всередині колби з газом.

Схема включення 2-х електродного розрядника

Характеризуються наступними параметрами:

- статичні та динамічні напруги пробою;

- діапазон робочих напруг;

- струм розряду;

- ємність газового проміжку;

- час запізнення виникнення розряду;

- час відновлення електричної міцності.

Існує 4 робочих стана газового розрядника:

Стан спокою: внутрішні опір розрядника перевищує 1 ГОм, а ємність не перевищує декількох пФ.

Тліючий розряд: при досягненні напруги захисту (від 70 В до декілька кВ) відбувається пробій газу і скрізь нього проходить струм, напруга падає до 80 В. Збільшення струму до 0,8-1А приводить до незначного збільшення напруги.

Область електричної дуги: при подальшому збільшенні струму на протязі наносекунд виникає електрична дуга. Напруга падає до 20-25 В и з ростом струму майже не змінюється. Розряд струму при цьому може складати до 150 кА.

Погашення розряду: при зниженні напруги до значень,що нижче напруги горіння електричної дуги або тліючого розряду, розряд гасне і розрядник переходить у стан спокою.