Основные виды газовых разрядов применяемых в источниках и генераторах плазмы, их особенности, страница 4

Возможны и другие формы разряда на постоянном токе, но они, как правило, являются либо переходной формой, либо разновидностью разряда с внешним ионизатором или электродом с какими-то особенностями (например, повышенной эмиссией).

2.6-7.2. Вольтамперная характеристика газового разряда.

Одной из важных характеристик любого разряда является такая его входная характеристика как вольтамперная, т.е. зависимость тока в цепи электродов от приложенного к ним напряжения.

Вольтамперная характеристика несамостоятельного разряда, в общем-то, определяется простыми физическими факторами: количеством вводимых в разряд носителей заряда, наличием объемного заряда, наличием ионизационного усиления.

Типичная вольтамперная характеристика несамостоятельного разряда представлена на рисунке 2.6-7.1. На участке АВ все носители заряда постепенно вовлекаются в ток между электродами. Характерно, что в газе нарастание тока происходит не столь резко как в вакууме при отсутствии пространственного заряда. Наличие объемного заряда делает участок АВ еще более пологим. В любом случае ВАХ продолжается участком «стабильности» тока, когда энергии набранной в разряде еще недостаточно для существенного ионизационного усиления. На участке CD рост тока обуславливается ионизационным усилением, т.е. за счет частиц рожденных в газе вследствие ионизации ударом.

2.6-7.2.1. Вольтамперная характеристика тлеющего разряда, ее особенности.

В.Л. Грановский определяет тлеющий разряд следующим образом. Тлеющий разряд это самостоятельный электрический разряд с холодными электродами при токах ~ 10^-5…1А имеющий характерную структуру в виде чередующихся светящихся участков различного цвета и интенсивности свечения. Характерной чертой тлеющего разряда является большая величина падения потенциала вблизи катода, составляющая ~ 100 В и выше (в отличие от дугового разряда, где она составляет ~ 10 В). Специфической особенностью тлеющего разряда по сравнению с таунсендовским (так же разрядом с холодными электродами, но существенно более низкой плотностью объемного заряда) является большая роль электрического поля этого объемного заряда. Наличие объемного заряда приводит к существенной неравномерности распределения потенциала в разрядном промежутке, а также к существенным отличиям между напряжениями зажигания и горения разряда. В принципе таунсендовский разряд можно рассматривать как разновидность тлеющего разряда с малой плотностью объемного заряда.

Одной из характеристик тлеющего разряда, как и выше, является его вольтамперная характеристика. Здесь уместно вспомнить часто приводимую характеристику – для разряда в неоне при давлении ~ 1 торр с медным катодом площадью ~ 10 см² (см. рисунок 2.6-7.2.). При токах 10^-5…10^-4 А в такой системе происходит переход от темного таунсендовского разряда к нормальному тлеющему разряду. Этот переход характеризуется изменением тока пропорционально изменению напряжению на разряде. Этот падающий участок ВАХ связан с усилением роли пространственного заряда и соответственно с переходом к существенно неравномерному распределению потенциала вдоль разрядного промежутка.

В диапазоне токов 10^-4...10^-1 А, в данной системе существует нормальный тлеющий разряд, ВАХ которого представляет собой прямую параллельную оси тока.

Постоянство напряжения на разряде на данном участке ВАХ, как впрочем и на участке относящемся к темному разряду связано с тем, что разряд не занимает всю площадь катода в начале участка. Далее ток возрастает, но плотность тока на катоде практически остается той же. После того как вся поверхность катода задействована, характер ВАХ изменяется: нормальный тлеющий разряд переходит в аномальный (для рассматриваемой системы это происходит при токах превышающих 10^-2...10^-1 А).