- •Лабораторная работа № 6 Изучение газоразрядной лампы и релаксационных колебаний в схеме с газоразрядной лампой.
- •Краткая теория
- •Процессы заряда и разряда конденсатора.
- •Газоразрядные приборы.
- •Релаксационные колебания:
- •Ход работы.
- •Подготовка приборов к работе.
- •1. Измерение напряжения зажигания и гашения газоразрядной лампы
- •2. Измерение периода релаксационных колебаний при различных сопротивлениях и емкостях
Газоразрядные приборы.
В газоразрядных приборах электроны, эмиттируемые катодом, двигаются в атмосфере газа. Сталкиваясь с атомами газа, электроны отдают свою энергию и производят возбуждение или ударную ионизацию атомов. В последнем случае образуются новые электроны и положительные ионы. Разряды в газе принято делить на несамостоятельные и самостоятельные. Несамостоятельным называется такой разряд, который может длительно существовать при условии подведения энергии извне, например нагреве катода, радиоактивном облучении, облучении космическими лучами и т. д. При самостоятельном разряде электроны и ионы образуются за счет энергии поля и самого разряда. Наиболее широко применяются приборы самостоятельного разряда. Вольтамперная характеристика газоразрядного прибора приведена на рис. 2. На участке ток через прибор определяется несамостоятельным, тихим разрядом. На участке возникает самостоятельный тлеющий разряд. Движущиеся электроны приобретают скорость, достаточную для ионизации газа, а положительные ионы, бомбардируя катод, выбивают из него электроны. Разряд не прекращается при охлаждении катода. Характерным для тлеющего разряда является значительное изменение тока при малом изменении анодного напряжения . Это объясняется тем, что тлеющий разряд начинается в ограниченном объеме пространства и охватывает лишь часть поверхности катода. При небольшом увеличении разряд распределяется на всю поверхность катода. По мере повышения анодного напряжения (участок ) разряд переходит в дуговой.
Широкое применение нашли приборы, работающие в режиме тлеющего разряда. Это неоновые лампы, цифровые индикаторные приборы и т. д. Двухэлектродные неоновые лампы используются в качестве индикаторов сигналов или напряжений, в реле времени и т. д. В цифровых индикаторных лампах в стеклянном баллоне размещены девять катодов, выполненных по профилю цифр из проволоки, а анод выполнен из проволочной сетки. Все электроды имеют самостоятельные выводы. При подаче напряжения на один из катодов в прикатодной области возникает тлеющий разряд, воспроизводящий форму этого катода. Широко используются двухэлектродные сигнальные лампы — светодиоды, в которых при наличии напряжения между электродами возникает тлеющий разряд. Сигнальные лампы применяются для индикации наличия напряжения в цепях постоянного или переменного тока.
Рис. 2.
Управляемым газоразрядным прибором является тиратрон. Кроме анода и катода, этот прибор имеет одну или две управляющие сетки. Баллон тиратрона заполнен смесью неона и аргона. На рис. 3 изображена схема включения триодного тиратрона «МТХ-90». При напряжении от до между сеткой и катодом возникает начальный разряд. Ток анода при этом равен нулю.
При некотором значении сеточного тока, называемом током зажигания, энергия электронов достаточна для развития тлеющего разряда в промежутке анод-катод. Теперь эмиссия электронов из катода происходит за счёт бомбардировки его поверхности ионами. После возникновения тлеющего разряда между анодом и катодом сетка теряет свои управляющие свойства (рис. 4), т. к. заряженные частицы создают вокруг нее плотную оболочку, нейтрализующую поле сетки. На рис. 5 приведена характеристика зажигания тиратрона — зависимость напряжения на аноде , при котором возникает тлеющий разряд от тока сетки .
Прекратить ток через тиратрон можно, уменьшив на время деионизации (исчезновение ионизации) газа напряжение до величины, когда тлеющий разряд прекращается. После этого сетка вновь обладает управляющими свойствами и может вызвать зажигание тиратрона.
Рис. 3. Рис. 4. Рис. 5.
Согласно рис. 6 при заданном напряжении на сетке и токе сетки тлеющий разряд между анодом и катодом возникает при определенном значении . При увеличении анодный ток несколько возрастает, а при уменьшении ток продолжает протекать при до за счет выбивания электронов из катода при бомбардировке катода ионами (рис. 6). Такая неоднозначная, гистерезисная зависимость тока от напряжения наблюдается и в двухэлектродных неоновых лампах.
Рис. 6.