Из большого числа известных видов газового разряда в газоразрядных индикаторах целесообразно использовать такие разряды, при которых в газе протекают самостоятельные электрические токи, т.е. токи, для существования которых достаточно только приложенного внешнего электрического поля. Это поле обеспечивает как появление свободных носителей, так и сообщение им направленного движения.
Первый из самостоятельных токов - установившийся ток характерен для темного (таунсендовского) разряда, короны, тлеющего разряда, дуги и особых форм разряда (без катодного падения). Такой ток может протекать как при постоянном напряжении источника, так и при приложении к промежутку импульсного напряжения. При этом длительность импульса должна быть достаточной для установления соответствующего режима.
Наибольшую плотность тока таунсендовского разряда можно рассчитать по следующему уравнению:
, (4.3)
где m - подвижность ионов газа, p - давление газа, d - расстояние между электродами, g - коэффициент вторичной ионно-электронной эмиссии катода в разряде, А и В - постоянные для данного газа коэффициенты, входящие в аппроксимирующее уравнение Таунсенда для коэффициента объемной ионизации a:
. (4.4)
Размерность плотности тока, получаемой при расчёте, - А/см2.
Результаты расчета плотности тока для g=0,01, d=0,01 см (числитель) и 0,035 см (знаменатель) приведены в таблице 4.2 для Ar и Xe при двух значениях давления газа.
Таблица 4.2. Расчётные значения плотности тока в Ar и Xe
|
Род газа |
Аргон |
Ксенон |
|
m×p, см×торр/(В×с) |
1,52×760 |
0,58×760 |
|
P, торр |
50 200 |
50 200 |
|
j, мА/см2 |
31,25/1,55 20/3,26 |
11,5/1,5 19,7/3,7 |
Результаты расчета показывают, что при использовании темного разряда трудно обеспечить высокую вводимую мощность и соответственно большую яркость из-за малых предельных плотностей тока. Тем не менее, использование такого режима возможно при высокой эмиссионной способности катода и позволяет обеспечить светоотдачу порядка 10 лм/Вт. Следует отметить, что в таком режиме катод индикатора бомбардируется ионами с энергией, пропорциональной отношению Е/р.
При использовании другого вида самостоятельного разряда - нормального тлеющего – не обеспечивается равномерность свечения всей площади катода как за время одного импульса, так и в процессе длительной работы. Потому режим с тлеющим разрядом применяется только с тока, соответствующего началу перехода к аномальному тлеющему разряду, когда свечение разряда охватывает весь катод. Из условия полного покрытия катода свечением можно определить отношение плотностей тока нормального тлеющего jн и таунсендовского разрядов:
,
(4.5)
где индекс "н" относится к нормальному разряду с минимальным катодным падением потенциала.
Расчётные значения отношения плотностей тока для различных отношений pd / pdн приведены в таблице 4.3.
Таблица 4.3. Расчётные значения отношения плотностей тока
|
Pd/pdн |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Jн/j |
1 |
5,73 |
13,21 |
22,78 |
34,05 |
Результаты расчёта показывают, что при увеличении произведения pd плотность тока нормального тлеющего разряда может в десятки раз превышать плотность тока таунсендовского разряда.
При дальнейшем увеличении плотности тока происходит переход к аномальному тлеющему разряду, для которого характерны следующие свойства:
-разряд заполняет все сечение разрядного промежутка,
-свечение газа имеет слоистую структуру и состоит из первого катодного и отрицательного тлеющего свечения. При больших расстояниях катод-анод существуют также фарадеево темное пространство и положительный столб разряда,
-напряжение горения разряда возрастает с увеличением силы тока,
-при постоянной плотности тока напряжение горения уменьшается с ростом произведения pd.
Плотность тока аномального тлеющего разряда возрастает пропорционально U0,5. При этом минимальная плотность тока аномального тлеющего разряда равна плотности тока нормального тлеющего разряда.
Для установления режима тлеющего разряда при обычных условиях требуются длительности импульсов в единицы и десятки микросекунд. Поэтому при протекании больших токов происходят развитие нестабильностей и контракция разряда. Это может приводить к быстрому распылению электродов и выходу прибора из строя. Вследствие указанных причин применение режима аномального тлеющего разряда не позволяет получить широкий диапазон достижимой яркости и высокую светоотдачу.
Кроме токов таунсендовского и аномального тлеющего в газоразрядных индикаторах могут быть использованы токи, протекающие при установлении тлеющего разряда, а также быстропротекающие токи при переходе темного разряда в тлеющий, токи в начальной стадии развития пробоя промежутка, токи незавершенных разрядов.
4.3. Основные виды газоразрядных индикаторов
Основу любого прибора этого вида составляет элементарный газоразрядный промежуток. При этом разряд может зажигаться либо между поверхностями проводящих электродов, контактирующих с газом (внутренние электроды), либо между диэлектрическими слоями, нанесенными на поверхности электродов (внешние электроды). Зажигание и поддержание разряда требуют высокого напряжения (Uз = 60-450 В, Uп=50-300 В), средние и импульсные токи зависят от режима работы, размера электродов, давления газа и т.д. Для установления рабочей точки в разрядную цепь промежутка включается ограничительный (балластный) резистор. Цвет видимого излучения разряда прибора зависит от рода газа, а излучение приборов с люминофором - от типа ФЛФ.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.