исходное состояние, они излучают кванты лучистой энергии и делают видимым газовый разряд.

Одновременно с процессом ионизации атомов идёт и обратный процесс - рекомбинация или деионизация, когда электрон занимает свободный энергетический уровень и образуется нейтральный атом. Для ограничения тока в газоразрядном приборе в его анодную цепь вводится ограничительное сопротивление Rе. Величина тока зависит от давления газа, расстояния между электродами, степени ионизации и других факторов. Процесс протекания тока в газовой среде называется разрядом.

Все газовые разряды делятся на два основных вида:

1.Несамостоятельный;

2.Самостоятельный.

Несамостоятельный разряд возникает под действием внешних ионизаторов (термоэлектронная эмиссия, естественная радиация и т.д.) и прекращается при их отсутствии.

Самостоятельный разряд продолжается и после удаления внешнего ионизатора, только под действием сил электрического поля. Оба вида газовых разрядов могут происходить в различных условиях, с разной интенсивностью и подразделяются на тёмный, тлеющий, дуговой, коронный и искровой.

Вольт - амперная характеристика.

Вольт - амперная характеристика - это зависимость тока газоразрядного прибора от напряжения между анодом и катодом:

ia=f(Ua).

Типовой её вид показан на (Рис.163). Здесь участок ОАБ соответствует несамостоятельному разряду. На участке ОА носители электрического заряда, образовавшиеся под действием естественных ионизирующих факторов начинают двигаться вдоль силовых линий слабого электрического поля.

На участке АБ практически все носители участвуют в образовании электрического тока (участок насыщения). Этот разряд называется тихим или тёмным. Свечения газа здесь ещё нет.

Участок БВ соответствует увеличению тока тихого разряда из-за ударной ионизации молекул газа, а также из-за вторичной электронной эмиссии катода под ударами разогнавшимися положительными ионами.

134

ВГ - начальный участок тлеющего разряда. На этом участке возрастает концентрация положительно заряженных ионов вблизи катода и интенсивность ударной ионизации. Процесс сопровождается увеличением тока и падением напряжения UА вследствие перераспределения напряжения источника Е между сопротивлением RH и изменяющимся внутренним сопротивлением прибора.

Точка Г соответствует возникновению между анодом и катодом плазменного столба. Плазма - это смесь электронов и ионов, обладающая высокой проводимостью, и на участке ГД имеет место нормальный тлеющий разряд. Поскольку масса образующихся в процессе ионизации электронов и ионов неодинакова (электрон значительно легче тяжёлых ионов), то электроны движутся к аноду с гораздо большей скоростью, чем тяжёлые ионы движутся к катоду. Поэтому у катода скопление положительных ионов образует объёмный положительный заряд, вызывающий перераспределение потенциала в межэлектродном пространстве (Рис.164).

Вместо линейно возрастающего от катода к аноду потенциала (показан пунктиром), имеет место следующая зависимость: вследствие возникновения объёмного положительного заряда у катода наблюдается резкий рост потенциала до величины UK , а затем потенциал изменяется очень незначительно, так как падение напряжения в плазме очень маленькое. При нормальном тлеющем разряде (участок ГД) площадь поверхности катода S, охваченной све-

Рис. 164 чением, пропорциональна величине тока i, протекающего через прибор, а

плотность тока j = Si остаётся примерно постоянной. Это свойство газораз-

рядных приборов используется в газоразрядных стабилитронах или стабиловольтах для получения постоянного (опорного) напряжения, подобно полупроводниковым стабилитронам.

После того, как вся поверхность катода охвачена катодным свечением, разряд переходит в аномальный тлеющий (участок ДЕ), при котором рост плотности тока может быть достигнут лишь за счёт увеличения напряжённости электрического поля между анодом и катодом и увеличения интенсивности процесса ионизации. Если не ограничить рост тока, то при некотором критическом значении напряжения (точка Е), называемом напряжением зажигания дугового разряда на участке ЕЖ возникает дуговой разряд. Скорости положительных ионов , бомбардирующих катод становятся очень боль-

135

шими; катод разогревается и возникает термоэлектронная эмиссия. Кроме того возможна эмиссия электронов с катода под действием сильного электрического поля между анодом и катодом (электростатическая эмиссия). Плотность тока поэтому резко возрастает, а внутреннее сопротивление и, соответственно, напряжение UAK уменьшается. Дуговой разряд сопровождается сильным свечением рабочего участка катода, называемого катодным пятном. Дуговой разряд может быть самостоятельным и несамостоятельным. Самостоятельный поддерживается за счёт явлений в самом разряде. Несамостоятельный поддерживается за счёт постороннего источника эмиссии, например, подогревного катода.

Коронный разряд - это разновидность тлеющего разряда. Он возникает там, где резко искажается электрическое поле, например, острая кромка, штырь и т.д.

Искровой разряд сходен с дуговым разрядом и возникает при высокой напряжённости электрического поля и развивается по извилистому пути, насыщенному заряженными частицами.

Классификация газоразрядных приборов по видам газовых разрядов.

В Электронной технике находят широкое применение все виды газовых разрядов.

Тёмный разряд применяется в газоразрядных фотоэлементов. Тлеющий разряд применяется в большой группе приборов, обладающих постоянством напряжения между анодом и катодом при изменении тока разряда. Это стабиловольты, тиратроны с холодным катодом , неоновые лампы и др. Аномальный тлеющий разряд применятся в лампах дневного света. Дуговой разряд - в тиратронах, ртутных вентилях, газоразрядных источниках света и др.

Коронный разряд обладает свойством разделять заряженные частицы с их последующим осаждением на электродах. Поэтому он применяется в системах для очистки газов, жидкостей, пылевых фильтрах, приборах для счёта элементарных частиц и др.

Искровой разряд применяется в устройствах электроискровых технологий, в разрядниках и др.

Применение газоразрядных приборов.

1. Газоразрядные стабилитроны.

Используются в качестве источника опорного напряжения. Рабочим участком вольтамперной характеристики является участок нормального тлеющего разряда (Рис.165). На участке ав большому диапазону изменения тока I соответствует незначительное изменение напряжения U.

На принципиальных схемах газоразрядный стабилитрон обозначается символом:

136

Схема включения газоразрядного стабилитрона показана на (Рис.166). Эта схема подобна схеме включения полупроводникового стабилитрона, но рабочее напряжение здесь обычно значительно выше.

Основные параметры газоразрядных стабилитронов:

1. Напряжение зажигания Uзаж;

2. Напряжение стабилизации U-

стаб;

3. Максимальное и минимальное значение тока Imax; Imin;

Рис. 165 4. Динамическое сопротивление

Rд :

Rд = UI .

2. Индикаторные неоновые лампы.

Применяются в качестве индикаторов постоянного и переменного напряжения. при работе используется участок вольтамперной характеристики, соответствующей тлеющему разряду. Для того, чтобы разряд не перешёл в дуговой, последовательно с прибором включают ограничительное сопротивление.

3. Тиратроны тлеющего разряда (с холодным катодом).

В тиратронах между анодом и катодом располагается ещё один

Рис. 166 электрод - сетка. В исходном состоянии на-

пряжение между анодом и катодом недостаточно для возникновения тлеющего разряда.

137