Читальный зал -->  Промышленная электроника 

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

с увеличением напряжения питания при малых токах на участке OA растет напряжение на приборе. Пока оно не достигнет величины потенциала ионизации 11 (точка Б), ток остается очень малым. С ростом напряжения возрастает количество ударных ионизации атомов электронами, увеличивается общее число электронов, приходящих на анод, и ток растет (участок БВ). Ионы сравнительно медленно движутся к катоду и рекомбинируют

Натод

(J) Е +i Ионы газа

Электроны

Темный

Тлеющий разряд Дуговой 1Ж

Рнс. 4.1. Электрический разряд в газе (а) и его вольт-амперная характеристика (б); У - естественная ионизация газа; 2 - ударная ионизация; 3 - эмиссия электронов под ударами ионов

на нем с электронами, приходящими из внешней цепи. Рекомбинация в междуэлектродном пространстве практически отсутствует, и свечение не наблюдается. Такой разряд требует постоянного образования носителей заряда за счет естественной ионизации; электрический разряд, соответствующий этому режиму, называют темным несамостоятельным разрядом (область /).

Когда напряжение на приборе достигает величины, при которой ионы движутся к катоду с достаточно большими скоростями, чтобы, бомбардируя его, вызвать электронную эмиссию, разряд переходит в самостоятельный (точка В на характеристике). Он поддерживается за счет того, что катод под ударами ионов испускает достаточное количество электронов, которые по пути к аноду ионизируют атомы газа. При этом поток электронов на анод лавинообразно нарастает; действие внешних факторов для поддержания разряда уже не требуется. Напряжение, соответствующее моменту перехода несамостоятельного разряда в самостоятельный, называется напряжением возникновения разряда Ubp- При этом напряжении сопротивление прибора уменьшается, а ток резко возрастает (участок ВГ). Однако процессы рекомбинации еще незначительны, свечение не заметно, поэтому разряд называют темным самостоятельным (область II).

Если не ограничить дальнейшее увеличение тока прибора соответствующим выбором балластного сопротивления и напряжения источника, то лавинообразное нарастание процессов ионизации приводит к резкому уменьшению сопротивления прибора и напряжения на нем при значительном увеличении тока; темный разряд переходит в тлеющий (участок ГД). Переход происходит мгновенно как неуправляемый процесс (переходная область III).

Возникновение тлеющего разряда сопровождается свечением газа. Цвет свечения определяется родом газа; например, неон дает красно-оранжевое свечение, аргон - синее, гелий - желтое, пары ртути - сине-зеленое. Переход к тлеющему разряду совершается при значительном увеличении интенсивности ионизации газа. Это приводит к резкому уменьшению сопротивления прибора и возрастанию тока через него. В результате возрастает падение напряжения на балластном сопротивлении /?б, а напряжение на приборе резко понижается: 1/ = Ea - hRe.

Величина устанавливающегося на приборе напряжения обеспечивает поддержание требуемой степени ионизации газа для продолжения разряда. При этом Ua приблизительно равно потенциалу ионизации газа.

Тлеющий разряд может быть двух видов: нормальный и аномальный. При переходе темного разряда в тлеющий (точка Д) сначала устанавливается нормальный тлеющий разряд (область /V). Он характеризуется тем, что с дальнейшим ростом тока /а напряжение на приборе Ua остается постоянным (участок ДЕ). Это свойство используется в приборах для стабилизации напряжения. Увеличение тока осуществляется либо путем увеличения напряжения питания Еа, либо уменьшением балластного сопротивления. При возникновении нормального тлеющего разряда свечение газа сначала наблюдается не у всей поверхности катода. По мере роста тока светящееся пятно увеличивается, а

яркость свечения остается постоянной. Это означает, что плотность тока на катоде остается неизменной, а увеличивается площадь поверхности катода, испускающей электроны под действием ионной бомбардировки.

В режиме нормального тлеющего разряда величина тока составляет единицы и десятки миллиампер, а напряжение на приборе измеряется десятками и сотнями вольт.

Увеличение тока при неизменном напряжении идет до тех пор, пока свечение не распространится на всю поверхность катода. Дальнейшее увеличение тока возможно только за счет более интенсивной бомбардировки катода ионами, а для этого требуется повышение напряжения на приборе. В этот момент (точка Е) разряд переходит в аномальный тлеющий (область V). На участке ЕЖ, соответствующем этому разряду, с ростом тока увеличиваются напряжение и яркость свечения газа.

Лавинообразное нарастание процесса ионизации, а также увеличение скорости и энергии ионов, бомбардирующих катод, приводит к разогреву катода под их ударами и возникновению термоэлектронной эмиссии с его поверхности. Это вызывает значительный рост тока при резком уменьшении сопротивления прибора и напряжения на нем; разряд переходит в дуговой (переходная область VI). Переход совершается самопроизвольно (участок ЖЗ) и является неуправляемым. Максимальное напряжение, вызывающее этот переход (точка Ж), называют напряжением возникновения дугового разряда.

Дуговой разряд (область VII) характеризуется очень большим током (десятки и сотни ампер) и низким напряжением между электродами - порядка 10-15 В. Величина тока через прибор ограничивается только балластным сопротивлением. Дуговой разряд используется в дуговых проекционных лампах, в мощных источниках света, в выпрямителях большой мощности.

Все газоразрядные приборы включают в цепь источника питания обязательно последовательно с балластным сопротивлением для ограничения тока, чтобы один вид разряда не переходил самопроизвольно в другой. При включении прибора без балластного сопротивления процессы лавинообразно проходят стадии всех видов разряда; мгновенно развивается дуговой разряд, разрушающий электроды и выводящий прибор из строя.

Контрольные вопросы

1. Какие приборы называют газоразрядными и на каких процессах основан их принцип действия?

2. Нарисуйте вольт-амперную характеристику электрического разряда в газе и объясните, каким процессам соответствуют ее участки.

3. Назовите виды электрического разряда в газе, происходящего в зависимости от величины протекающего через прибор тока.

Глава 4.2. ПРИБОРЫ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА

4.2.1. Неоновые лампы

Неоновая лампа - это газоразрядный прибор тлеющего разряда. Она представляет собой стеклянный баллон, наполненный после откачки воздуха неоном, который при разряде дает красно-оранжевое свечение. Внутри баллона помещены два электрода, которые в зависимости от назначения лампы могут иметь различную форму. При одинаковой конструкции обоих электродов

I-I-I

1 2 А R6

МН-3 МН-5 б в

Рис. 4.2. Неоновые лампы: а - устройство; б - условное графическое обозначение при одинаковых (/) и разных (2) электродах; в - схема включения

процессы при разряде не зависят от направления тока. Это позволяет использовать лампу в цепях переменного тока; например, в качестве сигнальной при включении устройства в сеть или индикатора перегрузки на выходе усилителя. Если лампа рассчитана на применение в цепях постоянного тока, то электроды имеют разную конструкцию и различное назначение, один служит катодом, а второй - анодом. Такая лампа может служить стабилизатором или индикатором выпрямленного напряжения. На рис. 4.2 показаны внешний вид неоновых ламп, их условные графические обозначения и схема включения.

Принцип действия неоновых ламп основан на процессах, происходящих при тлеющем разряде. В зависимости от назначения лампы может быть использован нормальный или аномальный тлеющий разряд. При тлеющем разряде все пространство между электродами заполняется газовой плазмой - смесью атомов, ионов газа и свободных электронов. Вблизи катода образуется избыточный положительный заряд ионов. Между ним и отрицательным катодом создается основная часть падения напряжения, действующего между электродами, которая называется катодным падением потенциала. На этом участке положительные ионы получают большое ускорение и бомбардируют катод, вызывая электронную эмиссию с его поверхности, а эмиттируемые катодом

электроны приобретают необходимую скорость и энергию для ионизации атомов газа. В этой области происходят наиболее интенсивные процессы ионизации и рекомбинации, наблюдается свечение газа, которое воспринимается как светящееся пятно на поверхности катода.

Режим работы неоновой лампы выбирается по ее вольт-амперной характеристике (рис. 4.3). При увеличении напряжения питания £а напряжение на лампе (Уа быстро растет при очень малом токе. При (Уа = (Увр возникает нормальный тлеющий разряд в соответствии с выбранным балластным сопротивлением. В этот момент миллиамперметр показывает появление тока в цепи, а напряжение на лампе падает; на части поверхности катода появляется светящееся пятно. С дальнейшим увеличением £а ток /а растет, а напряжение (Уа=(Уст остается постоянным. Когда разряд переходит в аномальный, рост тока сопровождается повышением напряжения на лампе.

Un О I

а манс а

Рис. 4.3. Схема для снятия характеристики (а) и вольт-амперная характеристика (б) неоновой лампы

При уменьшении напряжения питания (нисходящая ветвь характеристики) ток и напряжение на лампе уменьшаются. Эта ветвь не совпадает с восходящей из-за инерционности процессов деионизации. Напряжение прекращения разряда Un меньше (Увр.

Нормальный тлеющий разряд используют в неоновых лампах, которые применяют для стабилизации или ограничения напряжения, а аномальный - в лампах для индикации включения в сеть или перегрузки аппаратуры, в цифровых и знаковых индикаторах и индикаторных панелях, а также в газоразрядных источниках света.

В звуковоспроизводящей аппаратуре киноустановок в качестве индикатора перегрузки применяют неоновые лампы типа МН-3; ТН-0,5; ТН-0,2; для ограничения перегрузки усилителя со стороны входа используют лампу ИН-3.

4.2.2. Знаковые индикаторы и индикаторные панели

Знаковым индикатором называют прибор тлеющего разряда, который высвечивает изображение цифр, букв или любых других знаков. Он представляет собой стеклянный баллон, внутри которого помещены анод и несколько катодов; выводы этих электродов подведены к штырькам цоколя. Баллон наполнен инертным газом. Анод выполнен в виде одной или двух электрически соединенных решеток из тонкой проволоки, а катоды - в виде цифр, букв или других знаков из нихромовой проволоки.

Анод

О 12 -9

Натод ы

Рис. 4.4. Десятикатодный цифровой индикатор тлеющего разряда: а - устройство; б - условное графическое обозначение

При подаче напряжения между анодом и одним из катодов в газе возникает электрический разряд; вокруг данного катода появляется яркое свечение, повторяющее форму этого катода, - высвечивается требуемый знак. Напряжение на катоды поступает из электронных блоков заданной информации.

Знаковые индикаторы используют в контрольно-измерительной и вычислительной технике, а также в автоматике. Наибольшее распространение получили цифровые индикаторы.

Устройство цифрового индикатора тлеющего разряда и его условное графическое обозначение на схемах показаны на рис. 4.4. Он имеет десять катодов, выполненных из тонкой проволоки, в виде цифр О, 1,2, 3...9, расположенных горизонтально на расстоянии 1 мм друг от друга. Перед ними и в середине между ними находятся две тонкие сетки, соединенные между собой и выполняющие роль анода. На анод подается постоянное напряжение со знаком плюс , а на один из катодов - минус . Напряжение возникновения разряда составляет 170-210 В; напряжение при тлеющем разряде-105-160 В; ток разряда - 2- 4 мА. Обычно цифровые индикаторы наполняют неоном.

Несколько цифровых индикаторов, смонтированных на панели, могут высветить любое число: два - двухзначное, три -

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

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.