Главная  Электронные лампы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [ 24 ] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]


Рис. 4.1. Возбуждение

атома ударом электрона;

/ - 1пшравле11ис уляра; 3 - электрон на орбите; 3 - электрон после перемещения удаленную орбиту.

энергии, сообщаемой атомам этих тел при иагреве (термоэлектронная эмиссия), освещении (поверхностный фотоэффект), ударах быстроле-тящих частиц (вторичная эмиссия) и др. Атомы газа, взаимодействуя с положительно заряженной поверхностью катода, излучающего электроны, могут превращаться в ионы.

Однако основным видом ионизации газа является объели4ая ](0ии-зация, происходящая в объеме газа. Чаще всего она происходит вследствие соударения атомов газа с быстродвижущимися частицами (электронами или ионами). Такой процесс выбивания новых электронов и образования положительных нонов тгазывается ионизацией при соударении, или ударной ионизацией. Если полученные после иоцизации свободные электроны имеют достаточную энергию (например, получив ее в ускоряющем электрическом поле), то каждый из них может ионизировать новый атом и т. д.

Таким образом, возможно лавинообразное нарастанне количества электронов и ионов.

Иногда в газах возможно образование отрицательных ионов. Они возникают при соединении нейтральных атомов с одним или несколькими электронами.

Возбуждение атомов газа. Если на пут[! свободгюго пробега ?.св (от столкновения до столкновения) электрон не приобретает энергии, достаточной для ударной ионизащш, то при столкновении с атомом происходит возбуждение нейтрального атома - перевод электрона на более высокий энергетический уровень (рис. 4.1). Такое состоят-ie атома называется возбужденным, а энергия, необходимая для его возбуждения, энергией возбуждения. В возбужденном состоянии атом

обычно находится недолго (порядка 10~ - 10~ с), после чего переходит в нормальное состояние (или другое возбужденное состояние с меньшей энергией). При таком переходе атом отдает полученную им ранее добавочную энергию в виде кванта электромагнитного излучения (фотона)

где h - постоянная Планка; v - частота электромагнитного излучения; V/i н - энергия электрона на начальном и конечном уровнях.

Это излучение сопровождается свечением газа, если испускаемые луч]1 относятся к видимой части электромагнитного спектра.

Рекомбинация. Кроме ионизации и возбуждения атомов, в газе происходит и обратный процесс образования нейтральных атомов: рекомбинация положительных н отрицательных ионов между собой или положительных нонов и электрогюв, т. е. возвращение возбуледенных атомов в нормальное состояние н распад отрицательных ионов иа нейтральные атомы и электроны.

Рекомбинация приводит к уменьшению количества заряженных частиц, т. е. к деионизации газа.



Обычно рекомбинация сопровождается выделением лучистой энергии. В большинстве случаев при этом наблюдается свечение газа.

Деионизация газа в зависимости от рода газа и его давления совершается за время порядка 10~ - 10"* с, т. е. со сравнительно малой скоростью. Поэтому, по сравнению с электровакуумными приборами, ионные приборы значительно более инерцтюнны и плохо работают на высоких частотах.

4.2. В0ЛЬТ-.4МПЕРНАЯ ХАР.\КТЕРИСТИК.4 ГАЗОВОГО РАЗРЯДА

Переходная ! Область


Схема включения простейшего двухэлектродного ионного прибора с холодными электродами приведена на рнс. 4.2, а (наличие газа в приборе условно обозначается темным кружком внутри баллона).

Если к электродам приложить небольшое напряжение (несколько

вольт), то через прибор потечет незначительный ток(10~ - 10" А),

обусловленный естественной начальной ионизацией газа (космическими лучами, радиоактивным фоном Земли и т. д.). С увеличением напряжения ток возрастает (участок OA на рнс. 4.2, б) и достигает насыщения (участок АБ).

Прн дальнейшем повышении напряжения вследствие ударной ионизации атомов газа ток увеличивается (участок БВ).

Данный вид газового разряда называется тихим несамостоятельным разрядом.

Тихий разряд характеризуется малыми ПЛОТНОСТЯМИ! тока (порядка микроампер на квадратный сантиметр). Протекание тока в этом случае нг сопровождается свечением газа. Поэтому иногда этот разряд называют темным. Практического применения в ионных приборах ОН не находит, но предшествует возникновению других видов разряда.

В точке Г на вольт-амперной характеристике тихий несамостоятельный разряд переходит или в тихий самостоятельный, или в тлеющий разряд в зависнлюст!! от величины ограничительного сопротивления

и давления газа в приборе. При значительном (порядка мегом) мо.жно наблюдать тихий самостоятельный разряд или его разновидность - коронный разряд. При величине сопротивления Й, порядка сотен или десятков килоом участок ВГ почти не наблюдается и разряд через переходную область ГД переходит в нормальный тлеющий (участок ДЕ).

Рис. 4.2. Вольт-амперная характеристика

электрического разряда в газе:

а - схема включения прибора; б - вольт-амперная характеристика (/ - тихий иес.шо-стоятельиый разряд: - тихи/! са.мостоп-тельный разряд; II] - ]!ормальный тлеющий разряд; IV - аномалыгыа тлеющий разряд; V - дугог.оп разряд).



Переход к тлеющему разряду происходит при пполие определе1[-ном для каждого ионного прибора напряжении зажигания (Узл-;-;- Возникает тлеющий разряд скачком. При этом резкое возрастание тока приводит к снижению напряжения на приборе до величины Up (рис. 4. 2, б). Это понижение напряжения на приборе объясняется перераспределением подводимого напряжения между внутренним сопротивлением самого прибора и ограничительным сопротивлением R. При темном разряде, когда сопротивление прибора очень велико, а сила тока в цепи мала, падением напряжения иа ограничительном сопротивлении можно пренебречь и считать, что все напряжение

приложено к прибору:

После зажигания сопротивление прибора резко уменьшается и становится соизмеримым с R. Значительная часть подводи1\юго напряжения будет падать на R, а соответственно уменьшится;

Таким образом, возникновение тлеющего разряда можно обнаружить по характерным скачкам тока вверх и напряжения вниз, что легко заметить по измерительным приборам.

Характерной особенностью коронного и нормального тлеющего разрядов является наличие почти вертикального участка, в пределах которого при изменении тока падение напряжения Up иа [рнборе почти не изменяется (участок ДЕ на рис. 4.2, б).

Рассмотрим это явление более подробно.

Ионизированный газ в баллоне прибора, представляющий собсА смесь электронов и ионов, называется газоразрядной плазмой. Благодаря большому количеству электронов плазма обладает хорошей электропроводностью, и падение напряжения в ней сравнительно мало. Приложенное напряжение падает в основном вблизи катода, где наблюдается сгущение тяжелых и поэтому малоподвижных положительных иоиов, образующих положительный пространственный заряд. Падение напряжения вблизи катода в этом случае носит название нормального катодного падения. Положительный пространственный заряд (ионное облако) образует в лампе как бы газовый анод, который расположен ближе к катоду, чем анод лампы. Между положительным пространственным зарядом и катодом увеличивается напряженность электрического поля, вызывающая повышение скоростей движения электронов и нонов. Поэтому ионизация становится возмо.жной на меньших от катода расстояниях, а пространственный заряд перемещается ближе к катоду. Расстояние между катодо.м н положительны.м пространственным зарядом в установившемся режиме определяется током через прибор; чем больше величина тока, тем ближе к катоду расположен пространственный заряд.

Характер распределения потенциала в приборе тлеющего разряда показан иа рнс. 4.3. При повышении тока в цепи (за счет увеличения

или уменьшения R) расстояние между катодом и по.южитель-ным пространственным зарядом уменьшается {х > л !> а"з), однако



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [ 24 ] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]

0.0009