Ионные приборы.
Принцип действия газоразрядных или ионных приборов основан на физических процессах протекающих при прохождении электрического тока через газ - газовый разряд. В них ток создается и направленным перемещением электронов, и встречным движением ионов. Различают самостоятельный и несамостоятельный газовые разряды. Если заряженные частицы в разрядном промежутке образуются за счет внешних факторов, то газовый разряд называют несамостоятельным. Если газовый разряд поддерживается только за счет энергии электрического поля, при подаче напряжения на электроды, то разряд называют самостоятельным.
ВАХ газоразрядной трубки:
С увеличением напряжения подводимого к электродам, ток протекающий через нее, увеличивается, так как все большее количество свободных электронов и ионов достигает поверхности электродов. При напряжении в несколько вольт (точка а) уже все носители зарядов участвуют в образовании тока и дальнейшее повышение напряжения до сотни вольт (участок аб) не приводит к увеличению тока. Этот ток называется током насыщения. При дальнейшем увеличении напряжения скорость дрейфа электронов к аноду возрастает и они приобретают энергию, достаточную для ионизации молекул газа при столкновениях. Количество заряженных частиц в газовой среде растет, что приводит к новому увеличению тока (участок бв). Скорость дрейфа положительных ионов к катоду возрастает настолько, что ионы, попадая на катод, могут, в свою очередь, выбить из него электроны. В точке в излученные катодом электроны порождают столько ионов, что они, падая на катод, вновь выбивают не меньшее количество электронов. При этом разряд из несамостоятельного переходит в самостоятельный и способен поддерживаться в отсутствии внешней ионизации. На участке вг ток возрастает при постоянном напряжении только за счет размножения носителей заряда. На участке гд лавинообразный рост количества заряженных частиц приводит к тому, что увеличение тока сопровождается снижением напряжения на электродах. Участок абвг соответствует темному разряду, который можно наблюдать только по показаниям амперметра. На участке гд возникает тлеющий разряд. Одновременно с ионизацией идет процесс рекомбинации: часть ионов захватывает электроны и превращается в нейтральные молекулы, при этом происходит излучение квантов света, и газ начинает светиться. На поверхности катода имеются неоднородности, вблизи которых интенсивность ионизации газа выше, это вызывает повышение температуры малого участка катода. Тонкий слой светящегося газа над этим участком образует катодное пятно. Интервал де ВАХ соответствует нормальному тлеющему разряду, при котором рост тока происходит только за счет увеличения площади катодного пятна. В точке е катодное пятно захватывает всю площадь катода и для дальнейшего роста тока необходимо снова увеличивать напряжение (участок еж). Разряд, соответствующий этому интервалу ВАХ, называется аномальным тлеющим разрядом. В точке ж напряженность электрического поля вблизи катода достигает больших значений, при этом возникает автоэлектронная эмиссия, т. е. вырывание электрическим полем электронов из анода. Возникает дуговой разряд, сопровождаемый резким увеличением тока при снижении напряжения на электродах до нескольких вольт (точка з). Образуется яркое катодное пятно дугового разряда, и последующий рост ток происходит за счет увеличения площади этого пятна. Токи дугового разряда – десятки и сотни ампер. Поэтому в цепь газоразрядной трубки включают ограничительное сопротивление. Без него небольшие колебания питающего напряжения могут привести к такому росту тока, что катод расплавится.
Устройство, принцип действия, характеристики стабилитрона.
Стабилитрон представляет собой двухэлектродную газонаполненную лампу тлеющего разряда с холодным катодом. Катод 1 в виде полого цилиндра изготовляют из никеля.
Рис. 15.5 Рис. 15.6
Анод 2 в форме стержня устанавливают по оси катода. К катоду приваривается проволочка, свободный конец которой размещается возле анода, не касаясь его. Эта проволочка инициирует процесс разряда и называется поджигающим электродом 3. ВАХ стабилитрона показана на рис. 15.6. Рабочий режим лампы соответствуют линейному участку ВАХ dе, напряжение стабилизации в точке а равно 150 В. Рабочий участок характеризуют дифференциальным сопротивлением Rc=∆Uc/∆Iс, значения которого около 200 Ом. Работа стабилизатора с газоразрядным стабилитроном оценивается коэффициент стабилизации, который показывает, во сколько раз относительно изменение ∆Uвх < относительного изменения ∆Uнагрузки. Кст =(∆Uвх/Uвх)/(∆Uн/Uн)= (∆Uвх*Uн)/(∆Uн*Uвх).
Схема стабилизации напряжения с помощью стабилитрона
Стабилитрон применяют для стабилизации напряжения маломощных источников питания переносной радиоаппаратуры.