Составитель Н.М. Ткаченко, Харьков, ХНУ им. В.Н Каразина, 2006 г.

Рецензенты: С.П. Мовчан, доц. ХАДИ, В.Б Тютюнник, доц. каф. квантовой радиофизики ХНУ.

Методические рекомендации рассмотрены и утверждены кафедрой физической и биомедицинской электроники и комплексных информационных технологий, протокол №4 от 22 января 2010 года.

 

 

Содержание

Предисловие.................................................. 4

Работа №8. Изучение тиратрона дугового разряда.................. 5

Работа №9. Изучение газоразрядных ламп с холодным катодом..... 14

Работа №10. Изучение плазмы газового разряда................... 23

Приложение 1. Параметры ламп, используемых в лабораторных работах............................................................ 34

Приложение 2. Система обозначений электронных и ионных приборов............................................................. 40

Приложение 3................................................ 44

 

П Р Е Д И С Л О В И Е

Настоящие методические рекомендации, к лабораторным работам по курсу "Вакуумная электроника" содержат описания лабораторных работ, выполняемых студентами радиофизического факультета в лаборатории вакуумной электроники. В части 1 описаны работы по изучению приемно-усилительных электронных ламп: диодов, триодов, тетродов и пентодов.

Перечень вопросов, изучаемых в лабораторных работах, отнюдь не исчерпывающие соответствует читаемому лекционному курсу. Стремительное развитие в последние два-три десятилетия науки и техники, в том числе электроники, приводит к появлению новых типов электронных и ионных приборов, однако принципы, положенные в основу их работы, остаются неизменными. Новые направления и тенденции в развитии электронных и ионных приборов обусловлены, в основном, успехами в технологии их изготовления, применением новых материалов и расширением функциональных возможностей приборов.

При разработке данного практикума мы пыталась в пределах времени, отведенного программой курса, проиллюстрировать в лабораторных работах наиболее важные, с нашей точки зрения, вопросы соответствующих разделов вакуумной электроники. Описание каждой лабораторной работы содержит ввиду ограниченности объема, только краткие сведения из физики работы электронных приборов, описание электрических схем, методические указания по выполнению работы, задание, контрольные вопросы и список литературы для самостоятельной подготовки к сдаче работ. В первую часть включен раздел "Общие методические указания итехника безопасности в лаборатории", в котором описан лабораторный стенд, порядок подготовки к выполнению работ, требования к отчёту и основные требования техники безопасности.

Работа №8

ИЗУЧЕНИЕ ТИРАТРОНА ДУГОВОГО РАЗРЯДА

 

В работе изучаются характеристики тиратрона с накаленным катодом и метод фазового управления анодным током тиратрона.

 

1. Введение

 

Тиратроном дугового разряда называется газоразрядная лампа, содержащая накаленный катод, анод и один или несколько дополнительных электродов – сеток. Тиратрон по конструкции и характеристикам существенно отличается от вакуумного триода. В тиратронах часто используются плоская система электродов (рис.8.1), состоящая из оксидного катода прямого или косвенного накала с высокой эмиссионной способностью, массивной сетки и анода. Сетка тиратрона имеет одно или несколько отверстий и соединена с цилиндрическим экраном, охватывающим катод и анод. Этим ограничивается разряженный объем и исключается всякая возможность перехода электронов от катода к аноду помимо отверстий в сетке. Тиратроны наполняются парами ртути, инертными газами или водородом при давлении 10^-2-10^-3мм рт.ст.

В отличие от вакуумных триодов, в которых сетка плавно управляет анодным током, в тиратронах существует всего два устойчивых состояния: запертое и открытое или зажжённое. Рассмотрим анодно-сеточную характеристику тиратрона (рис.8.2). При большом отрицательном напряжении на сетке тиратрон заперт, так как сетка не пропускает электроны от катода к аноду. При некотором напряжении на

 

сетке электроны начинают проникать в пространство сетка-анод, в котором существует большое электрическое поле. Ускоряясь в этом поле, электроны получают энергию, достаточную для ионизации атомов газа. Образовавшиеся в результате ионизации атомов газа положительные ионы движутся к катоду и сетке, повышая потенциал пространства вблизи катода и сетки. Это приводит к тому, что большее число электронов проникает в пространство сетка-анод, образуется больше положительных ионов и т.д. Процесс развивается лавинообразно и приводит к резкому увеличению тока (участок АВ на рис.8.2). В тиратроне зажигается дуговой разряд и значение установившегося тока тиратрона определяется только свойствами катода, напряжением на аноде и величиной сопротивления внешней цепи. Дальнейшее увеличение или уменьшение напряжения на сетке анодного тока не изменяет (сетка тиратрона после зажигания разряда теряет управляющее действие). В зажжённом тиратроне распределение потенциала резко изменяется.

На рис.8.3 приведено распределение потенциала в тиратроне до зажигания разряда (кривая 1) и после зажигания кривая 2 - в центре отверстия сетки, 3 — в плоскости, проходящей через виток сетки. До зажигания разряда у катода, как и в триоде, образуется минимум потенциала и поток электронов от катода очень мал. После зажигания разряда положительные ионы нейтрализуют действие отрицательного пространственного заряда у катода и устанавливают распределение потенциала, характерное для дугового разряда (кривая 2). Поле на катоде становится ускоряющим, и любой электрон, вышедший из катода, имеет возможность достичь анода. В большей части пространства катод-анод потенциал практически не изменяется. Это область плазмы, в которой концентрации электронов и ионов практически равны.

Положительные ионы из плазмы притягиваются отрицательно заря­женной сеткой и создают вокруг неё динамическую ионную оболочку (рас.8.4.а), которая экранирует разрядное пространство от поля сетки. Толщина этой оболочки обычно значительно меньше размеров отверстия в сетке, поэтому после зажигания разряда сетка перестаёт управлять потоком электронов от катода к аноду (теряет управляющее действие). Погасить тиратрон можно только снизив или полностью сняв напряжение с анода. Восстановление управляющего действия сетки происходит через некоторое время после погасания разряда. Вследствие уменьшения концентрации ионов в плазме толщина ионной оболочки вокруг сетки будет увеличиваться. Когда расширяющаяся ионная оболочка заполнит полностью отверстие в сетке (рис.8.4.б), поле сетки не будет полностью экранироваться ионами и сетка восстановит управляющее действие. Время восстановления управляющего действия сетки зависит от рода газа и его давления, напряжения на сетке и величины ионного тока в цепи сетки. Это время в тиратронах, наполненных инертными газами, составляет 10^-3-10^-4с, в тиратронах с водородным наполне­нием достигает 10^-6с. В связи с этим рабочая частота тиратронов не превышает в лучшем случае 1мГц.

 

2. Характеристики и параметры тиратронов

 

Рассмотрим анодную характеристику тиратрона (рис.8.5). После зажигания разряда в тиратроне напряжение на его аноде резко снижается (точка А) и устанавливается распределение потенциала, показанное на рис.8.3. При таком распределении потенциала все электроны, эмиттируемые катодом, могут переходить в плазму, а из нее на анод. Поэтому

 

установившееся значение анодного тока определяется только величиной сопротивления ограничительного и нагрузочного резистора. На рис.8.5 приведена также нагрузочная прямая, пересечение которой с анодной характеристикой (точка В) и определяет значение установившегося тока тиратрона. Если уменьшать сопротивление нагрузки или увеличивать напряжение источника питания, ток тиратрона будет увеличиваться при практически постоянном напряжении на аноде вплоть до точки С, в которой анодный ток становится равным току эмиссии катода. Дальнейшее увеличение тока требует увеличения числа электронов, выходящих из катода, что возможно за счёт бомбардировки катода положительными ионами. При этом рост тока будет сопровождаться ростом напряжения на аноде. Этот режим работы тиратрона нежелателен, так как ионы, энергия которых возрастает, начинает разрушать катод. Поэтому максимальный рабочий ток тиратронов принимается равным току эмиссии катода.

Основной характеристикой тиратрона, позволяющей судить о воз­можностях его использования, является пусковая характеристика — зависимость анодного напряжения зажигания тиратрона от напряжения на сетке. Положение пусковой характеристики зависит от температуры окружающей среды, сопротивления в цепи сетки и режима измерений. Крайние положения пусковых характеристик определяют пусковую область, внутри которой находятся возможные режимы зажигания тиратрона (рис.8.6). Ширина пусковой области является одним из параметров тиратрона. Положение пусковой характеристики зависит от густоты сетки. При редкой сетке она располагается при отрицательных напряжениях на сетке, при густой сетке - смешается вправо и может оказаться в области положительных сеточных напря­жений. Для работы тиратронов в схеме важно знать величину максимально возможного напряжения на сетке U_cmax. Величина отрицательного напряжения сетки ограничивается возможностью пробоя между сеткой и катодом, который нарушает работу тиратрона. Неуправляемый пробой между анодом и катодом возможен как при

прямом, так и при обратном напряжении на аноде. Поэтому вводятся ещё два

параметра тиратрона: максимальное прямое U_прmax обратное U_обрmax напряжения на аноде.

Для увеличения предельного напряжения некоторые тиратроны из­готавливаются с дополнительными экранирующими сетками. Преимущест­вом таких тиратронов является также возможность изменения пусковой характеристики путём подбора постоянного напряжения смещения на экранирующей сетке*

 

3.Фазовое управление анодным током тиратрона

 

Тиратроны широко применяются в импульсной технике для формирования мощных импульсов напряжения или тока, в релаксационных генераторах, выпрямителях, инверторах и т.д.

Рассмотрим фазовый способ регулировки анодного тока тиратрона, используемый в выпрямителях. Пусть на анод тиратрона подаётся переменное напряжение синусоидальной формы (рис.8.7). В течение положительного полупериода каждому конкретному значению U_а соответствует некоторое критическое напряжение на сетке U_скр, при котором тиратрон зажигается. Кривую U_скр=f(t) можно построить по точкам, использовав пусковую характеристику тиратрона, приведенную на рис.8.7 слева. Если на сетку тиратрона подать синусоидальное напряжение, совпадающее по фазе с анодным напряжением, то тиратрон будет гореть весь полупериод. Если сеточное напряжение сдвинуто по отношению к анодному на угол 0<α<π, то тиратрон зажжётся в момент времени, соответствующий, пересечению кривых U_с=f(t) и U_скр=f(t). На рис.8.8 внизу показана форма импульса тока в анодной цепи тиратрона. Чем больше угол α, тем меньшую часть полупериода тиратрон будет открыт и тем уже будет импульс анодного тока. Таким образом, плавно меняя угол сдвига сеточного напряжения по отношению в анодному, можно плавно изменить среднее значение тока тиратрона J_ср, а следовательно, и величину выпрямленного напряжения выпрямителя, собранного на тиратроне. Очевидно, что

 

Тогда

 

4. Методические указания

 

В работе измеряются основные характеристики тиратрона на постоянном напряжении и исследуется схема фазового управления анодным током тиратрона. Схема для снятия характеристик тиратрона приведена на рис.8.9. Анод и сетка тиратрона питаются от одного источника постоянного напряжения. При этом в цепь сетки следует включить потенциометр R_с меньшего номинального сопротивления, чем R_а. Последовательно с анодом и сеткой включаются ограничительные резисторы R_δ1 и R_δ2 соответственно.

 

При снятии анодно-сеточных характеристик J_a=f(U_c) следует сначала установить при U_а=0 большое отрицательное напряжение на сетке, а затем, установив необходимое значение U_а, уменьшать напряжение на сетке до зажигания разряда.

Пусковые характеристики тиратронов снимаются двумя способами:

1. Установить на сетке максимальное напряжение. Погасить тиратрон выключением тумблера, затем включить тумблер и, установив определённое значение U_a, уменьшать U_с до зажигания разряда. Момент зажигания определяется по скачку анодного тока.

2. Уменьшить анодное напряжение до нуля и установить на сетке небольшое отрицательное напряжение. Затем увеличивать U_а до зажигания разряда. В этом случае напряжение зажигания определяется как напряжение на аноде, предшествующее скачку показаний вольтметра, измеряющего U_а.

Схема для изучения фазового управления анодным током тиратрона приведена на рис. 8.10.

Анод и сетка тиратрона питаются переменным напряжением 50 Гц от вторичной обмотки трансформатора. Сдвиг фазы напряжения на сетке осуществляется изменением сопротивления с помощью переключателя П. Форма импульса тока в анодной цепи наблюдается с помощью осциллографа, на вход которого подаётся напряжение с резистора R_a. Осциллограммы тока при различных сдвигах фазы сеточного напряжения зарисовываются на один лист кальки, прикладываемый к экрану осциллографа.

 

5. Задание

 

1. Записать параметры исследуемого тиратрона и зарисовать его цоколёвку.

2. Собрать схему для снятия.характеристик тиратрона на постоянном токе.

3. Снять анодные характеристики U_a=f(J_a) тиратрона при нескольких значениях напряжения на управляющей сетке U_с.

4. Снять семейство анодно-сеточных характеристик J_a=f(U_c) тиратрона при нескольких значениях U_а. Попытаться погасить разряд в тиратроне увеличением отрицательного напряжения на управляющей сетке.

5. Снять пусковую характеристику тиратрона U_a3=f(U_c) двумя способами.

6. Собрать схему для изучения фазового управления анодным током тиратрона.

7. Изменяя сопротивление фазосдвигающей цепочки от R=0, зарисовать осциллограммы импульсов анодного тока и записать значения анодного тока J_cp. Построить зависимость фазы зажигания тиратрона от R.

8. По известным значениям параметров фазосдвигающей цепи построить расчётную зависимость J_cp=f(α) и сравнить её с полученной экспериментально.

 

6. Контрольные вопросы

 

1. Какого вида разряд происходит в тиратроне с накалённым катодом?

2. От чего зависит потенциал зажигания разряда в тиратроне?

3. Что такое плазма газового разряда?

4. Какова роль положительных ионов в тиратроне?

5. Начертите распределение потенциала между электродами тиратрона до зажигания разряда и после его возникновения.

6. Расскажите о действии управляющей сетки в тиратроне.

7. Для чего в цепь управляющей сетки включается большое сопротивление R_с?

8. Начертите основные характеристики тиратрона.

9. Начертите в одной системе координат пусковые характеристики нескольких тиратронов, имеющих различные по конструкции управляющие сетки (густые, в виде диска с широкими отверстиями, редкие). Как влияет конструкция управляющей сетки тиратрона на вид пусковой характеристики? В каком случае она получается положительной, в каком – отрицательная?

10.Назовите основные параметры тиратрона.

11.Что такое ширина пусковой области и от чего зависит её величина?

12.Что такое время восстановления управляющего действия сетки? От чего зависит его величина, какого порядка она бывает?

13.Как влияет на работу ртутных тиратронов температура окружающей среды?

14.Почему тиратрон не может работать без балластного (огра­ничительного) сопротивления R_δ в анодной цепи?

15.Расскажите о конструктивных особенностях электродов тиратрона (катода, сеток и анода).

16.Каково назначение экранной сетки? Каковы преимущества тиратронов с двумя сетками?

17.Назовите основные области применения тиратронов.

18.Как устроены водородные тиратроны, каковы их преимущества?

19. Расскажите о фазовом методе управления анодным током тиратрона.

20. Какие ещё способы управления анодным током тиратрона вы можете предложить?

 

7. Литература

 

1.Власов В.Ф.Электронные и ионные приборы. М., Связьиздат, 1960,

§§19.1-19.3; 20.3-20.5.

2.Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи. ч.2, М., Госэнергоиздат, 1955, §§3.1-3.4; 3.6-3.9; 3.12-3.14.

 

Работа №9

ИЗУЧЕНИЕ ГАЗОРАЗИДНЫХ ЛАМП С ХОЛОДНЫМ КАТОДСМ

 

В работе изучаются устройство и принцип действия газоразрядных приборов тлеющего разряда. Исследуются характеристики и определяются параметры стабилитронов, линейных и цифровых индикаторных ламп, а также тиратронов с холодным катодом.

 

 

1. Введение

 

Газоразрядные приборы тлеющего разряда состоят из двух или большего количества ненакаливаемых электродов, помещённых в стеклянную колбу, наполненную газом при пониженном давлении (1-100 мм рт.ст.). Приборы тлеющего разряда могут быть неуправляемыми - стабилитроны, индикаторные (неоновые) лампочки, лампы. цифровой, буквенной или знаковой индикации, линейные аналоговые индикаторы, защитные разрядники, и управляемыми – тиратроны с холодным катодом.

Приборы тлеющего разряда по сравнению с электронными лампами и даже полупроводниковыми приборами имеют следующие преимущества.

1. Отсутствие накала катода делает эти приборы экономичными и более надёжными, чем лампы (срок службы достигает десятков тысяч часов).

2. Простота устройства и применение деталей из недефицитных материалов упрощает технологию производства и удешевляет приборы.

3. Яркое свечение, всегда сопровождающее работу приборов тлеющего разряда, облегчает визуальную индикацию и контроль за работой аппаратуры на этих приборах.

4. Приборы тлеющего разряда устойчивы к перегрузкам, могут работать в широком диапазоне температур и при высоком уровне радиации.

5. Некоторые функции, например, измерение постоянного тока, могут быть выполнены только газоразрядными приборами.

Если к двум электродам, расположенным в колбе при понеженном давлении газа, приложить постоянное напряжение, то сначала через прибор потечёт очень слабый ток (10^-15-10^-10А). Этот начальный ток создаётся носителями заряда (электронами и ионами), которые непрерывно рождаются в объёме прибора за счёт космических лучей, фотоэмиссии с поверхностей электродов или незначительного числа термоэлектронов, и разряд в газе будет несамостоятельным. При увеличении напряжения эти начальные электроны, ускоряясь электрическим полем, начнут ионизировать атомы газа. Если число образованных одним электроном на пути до анода положительных ионов станет таким, что эти ионы, достигая катода, вызовут выход не менее одного электрона, разряд становится самостоятельным. Напряжение на приборе при этом называется напряжением зажигания U₃.

После зажигания самостоятельного разряда напряжение на электродах уменьшается и устанавливается, если ограничить силу тока, нормальный тлеющий разряд (механизм тлеющего разряда описан в работе №10). Нормальный тлеющий разряд характерен тем, что не вся поверхность катода участвует в разряде. По мере увеличения тока разряда площадь поверхности катода, участвующей в разряде, увеличивается пропорционально силе тока разряда. Плотность тока и напряжение горения в этом режиме остаются почти постоянными (рис.9.1). Эти свойства тлеющего разряда используются для стабилизации напряжения, а также в аналоговых линейных индикаторах для измерения силы тока. В аномальном тлеющем разряде (2) вся поверхность катода участвует в разряде (покрыта свечением) и с ростом тока разряда увеличивается плотность тока и напряжение горения разряда. В режиме аномального разряда работают лампы цифровой, буквенной и знаковой индикации. В этих лампах используется то свойство тлеющего разряда, что отрицательное свечение имеет такую же форму, как и катод. Поэтому если выбрать давление газа таким, чтобы положительный столб разряда отсутствовал, конфигурация отрицательного свечения, видимого через стеклянный баллон лампы, повторяет форму катода (определенную цифру, букву или знак).

 

2. Стабилитрон тлеющего разряда

 

Стабилитроном называется прибор, предназначенный для поддержания постоянной величины выходного напряжения в цепи постоянного тока при изменениях величины входного напряжения питания или тока нагрузки. Схема включения стабилитрона приведена на рис.9.2. Стабилитрон тлеющего разряда состоит из стеклянного баллона, в который помещён цилиндрический катод и анод в виде стержня, расположенный на оси катода. Обычное наполнение стабилитронов – смесь инертных газов при давлении 20-80мм рт.ст. Стабилизирующие свойства стабилитрона определяются его вольтамперной характеристикой, которая в интервале токов от J_min до J_max идёт почти параллельно оси тока (рис.9.1). Величина стабилизированного напряжения практически равна нормальному катодному падению потенциала и зависит от рода газа и материала катода. Значения нормального катодного падения потенциала для некоторых газов и материалов катода приведены ниже в таблице.

Материал катода	Катодное падение потенциала, В
гелий	неон	аргон
Калий
Молибден
Никель
Железо

В стабилитронах в качестве материала катода обычно используют никель, железо или молибден. Для уменьшения стабилизированного напряжения поверхность катода часто активируют барием, цезием и редкоземельными элементами.

С помощью резистора R_б рабочую точку стабилитрона обычно выбирают посередине горизонтального участка характеристики:

. Коэффициент стабилизации по напряжению определяется по формуле

,

где R_i=ΔU_a/ΔJ_a - внутреннее сопротивление стабилитрона, имеющее обычно величину порядка сотни Ом. Основными параметрами стабилитрона являются:

1). Напряжение зажигания U₃;

2). Напряжение стабилизации U_cт;

3). Максимальное изменение Δ U_cт при изменении тока от J_min до J_max;

4). Рабочий диапазон токов стабилитрона J_min÷J_max.

 

3. Индикаторы тлеющего разряда

 

Свечение газа, возникающее при тлеющем разряде, широко используется при создании индикаторов, применяемых для сигнализации о наличии напряжения в цепи, визуализации показаний измерительных приборов и т.д. Простейшие индикаторы имеют двухэлектродную конструкцию и наполняются неоном (неоновые лампочки), дающим красно-оранжевое свечение.

Аналоговый линейный индикатор напряжения позволяет контролировать изменения постоянного напряжения. Он содержит анод в виде сети и длинный катод - стержень, который при зажигании частично охватывается свечением. Длина светящегося участка примерно пропорциональна величине внешнего напряжения, приложенного через резистор, ограничивающий силу тока разряда.

Знаковые индикаторы содержат анод в виде сетки и набор катодов, изготовленных из проволоки и изогнутых в виде различных цифр или букв. Все катоды имеют отдельные выводы и при подаче напряжения на один из катодов высвечивается соответствующая цифра или буква. Чтобы знак высвечивался полностью, режим разряда должен быть аномальным. Ток разряда, при котором свечением покрыта вся поверхность знака, называется током индикации.

 

4. Тиратрон с холодным катодом

Тиратрон с холодным катодом кроме анода и катода имеет ещё один электрод, при помощи которого осуществляется управление зажиганием тлеющего разряда в цепи катод-анод. Этот электрод носит название пускового анода. Устройство одного из тиратронов с холодным катодом (МТХ-90) показано на рис.9.3. Катод тиратрона изготавливается в виде цилиндра, анодом является стержень небольшого диаметра. Пусковой анод имеет форму диска с отверстием и располагается между катодом и анодом. На анод тиратрона подаётся напряжение U_a, меньшее напряжения зажигания самостоятельного разряда в цепи катод-анод. Если на пусковой анод тиратрона подать напряжение такой величины, что между ним и катодом возникнет разряд, электроны из этой области разряда будут проникать в анодную область и вызовут зажигание разряда в цепи анод-катод. После этого с пускового анода можно снять напряжение и тиратрон не погаснет. Чтобы погасить тиратрон, необходимо снять напряжение с основного анода.

Ток в цепи пускового анода, достаточный для поджига тиратрона, значительно меньше, чем ток анодной цепи. При этом чем интенсивнее разряд в цепи пускового анода, тем меньше напряжение зажигания анодной цепи. Поэтому в качестве характеристики управ­ления тиратрона выбирают зависимость анодного напряжения зажигания U_a3 от тока пускового анода J_n. Эта характеристика называется пусковой. Из-за ряда неконтролируемых факторов пусковая характеристика нестабильна и практически занимает некоторую область, называемую пусковой (заштрихованная область на рис.9.4). В точке А, слева от заштрихованной области, тиратрон выключен, в точке Б – включен.

Часто тиратрон поджигается импульсом напряжения, подаваемым на пусковой анод и вызывающим перепад тока ΔJ. Для надёжного включения тиратрона значение ΔJ должно быть больше, чем ширина пусковой области. Чем меньше ширина пусковой области, тем меньшее значение ΔJ и тем, следовательно, выше чувствительность тиратрона и больше коэффициент усиления по мощности, составляющий обычно величину 10⁴-10⁵.

Существенным недостатком тиратронов с холодным катодом является низкая частота переключения, обусловленная большим временем деионизации разрядного промежутка (10-100мкс). Частота переключения тиратронов с наполнением инертными газами составляет 10-20кГц, с водородным наполнением – достигает 1 мГц.

 

5. Методические указания

 

Схема для исследования характеристик стабилитронов приведена на рис.9.5.

Входное напряжение U_вх подаётся от источника постоянного напряжения 300В и регулируется потенциометром R. Ток и входное напряжение контролируются стрелочными приборами. С целью повышения точности отсчёта напряжения стабилизации напряжение анод-катод измеряется вольтметром с цифровым отсчётом. Переключатель П₁ позволяет изменять полярность напряжения на электродах стабилитрона.

В работе изучаются характеристики двух типов индикаторных ламп: лампы цифровой индикации (ЛЦИ) и аналогового линейного индикатора (ЛИ). Характеристики этих ламп снимаются по схеме рис.9.6.

 

Часть схемы, ограниченная пунктирными линиями, собрана на отдельной диэлектрической панели. Переключение электродов индикаторных ламп производится переключателем П, расположенным там же. При сборке схемы обратить внимание, чтобы в анодную цепь было включено балластное сопротивление R_б, которое содержит два резистора для грубой и плавной регулировки разрядного тока в анодной цепи индикаторных ламп.

Схема рис. 9.7 позволяет измерять вольтамперные и пусковые характеристики тиратрона с холодным катодом.

В анодную цепь тиратрона включается резистор R_б3, в сеточную цепь резистор R_с. Пусковая характеристика тиратрона U_a3=f(J_c) измеряется следующим образом. При напряжении на аноде, равном нулю, с помощью потенциометра R_п1 устанавливается определённое значение тока подготовительного разряда J_c. Затем потенциометром R_п2 напряжение на аноде увеличивается до возникновения в нём разряда, что отмечается по появлению тока в анодной цепи и скачку анодного напряжения. Для получения следующей точки пусковой характеристики анодное напряжение следует уменьшать до нуля и установить новое значение J_c. Плавно увеличивая U_a, снова зажечь тиратрон и т.д.

6. Задание

 

1. Записать паспортные данные и зарисовать цоколёвку исследуемых в работе ламп.

2. Собрать схему для измерения характеристик стабилитрона. Изучить инструкцию по эксплуатации вольтметра с цифровым отсчётом.

3. Снять зависимость напряжения на стабилитроне от тока U=f(J) и от входного напряжения U=f(U_вх) для различной полярности напряжения на аноде.

4. Построить график и определить основные параметры стабилитрона: напряжение зажигания (U_з, напряжение стабилизации U_ст, рабочий диапазон токов J_min-J_max, максимальное значение ΔU_ст и внутреннее сопротивлениеR_i.

5. Собрать схему для измерения характеристик индикаторов тлеющего разряда.

6. Определить для каждого катода цифрового индикатора напряжение зажигания U₃, ток индикации J_инд и напряжение горения U₂. Построить зависимость этих параметров от номера катода индикатора.

7. Снять и построить зависимость напряжения горения U_г и длины светящегося столба L от тока разряда J линейного индикатора.

8. Собрать схему для исследования тиратрона с холодным катодом.

9. Снять и построить пусковую характеристику тиратрона U_a3=f(J_na).

10. Снять и построить вольтамперную характеристику тиратрона U_a=f(J_a).

 

7. Контрольные вопросы

 

1. Начертите распределение потенциала между плоскими электродами при тлеющем разряде. Что такое катодное падение потенциала и какими факторами оно определяется?

2.Каков механизм тлеющего разряда? Какова роль отдельных его частей?

3. При каких плотностях тока наблюдается тлеющий разряд?

4. Назовите закономерности нормального и аномального тлеющего разрядов.

5. Как возникает тлеющий разряд в стабилитроне?

6. Что такое потенциал зажигания разряда U_з и от чего зависит его величина?

7. Какой электрод стабилитрона имеет большую поверхность и почему? Расскажите о конструкции стабилитрона и принципе его действия.

8. Какие материалы используются при изготовлении катодов стабилитронов? Из каких условий выбирается величина площади поверхности катода стабилитрона? Какими газами и до какого давления наполняются стабилитроны?

9. Для чего в цепь газоразрядного прибора включается балластное сопротивление и из каких соображений выбирается его величина?

10. Назовите основные параметры стабилитрона.

11. Как определяется коэффициент стабилизации по напряжению?

12. Расскажите о конструкции и принципе работы цифровых и двухэлектродных индикаторов тлеющего разряда,

13. Каким газом и до какого давления наполняются индикаторы тлеющего разряда?

14. Назовите основные параметры индикаторов тлеющего разряда.

15. Расскажите о конструкциях и характеристиках тиратронов тлеющего разряда с токовым управлением и принципе их действия.

16. Расскажите о конструкциях и характеристиках тиратронов тлеющего разряда с электростатическим управлением;-

17. Каким газом и до какого давления наполняются тиратроны с холодным катодом?

18. Назовите основные электрические параметры тиратронов с токовым управлением.

19. Объясните механизм пробоя в тиратроне с холодным катодом при наличии подготовительного разряда.

20. Расскажите о процессе деионизации в тиратронах тлеющего разряда и их частотных свойствах.

21. Расскажите о применении тиратронов тлеющего разряда.

22. Каковы преимущества тиратронов с холодным катодом по сравнению с другими коммутирующими приборами?

 

8. Литература

 

1. В.Ф. Власов. Электронные и ионные приборы. М., Связьиздат,

1960, §§19.1-19.4; 21.1-21.2.

2. А.А. Генис и др. Приборы тлеющего разряда. Киев,

Гостехиздат, УССР, 1963.

Работа №10

ИЗУЧЕНИЕ ПЛАЗМЫ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА

 

В работе изучаются основные характеристики тлеющего разряда и методом одиночного зонда измеряются параметры плазмы в положительном столбе разряда.

 

1. Введение

 

Электрические разряды в газах представляют собой обширную область физики, которая с каждым годом находит всё больше важных применений в различных отраслях техники. Кроме того, газовый разряд является одним из основных способов получения плазмы – четвёртого состояния вещества. Плазма - это электрически квазинейтральная область ионизированного газа, в которой хаотическое движение частиц преобладает над направленным. Плазма содержит практически равное большое число свободных электронов и положительных ионов, которые относительно слабо взаимодействуют друг с другом.

Газовый разряд – прохождение электрического тока в газах существенно отличается от тока в проводниках ж полупроводниках. Для возникновения тока в любом веществе необходимо два условия: наличие в среде свободных носителей заряда (электронов или ионов) и наличие, сил, вызывающих их направленное движение.

Газ в нормальном состоянии - диэлектрик, не исключая и пары металлов. Ток в газе может возникнуть в двух случаях:

1. Есть одновременно два условия - фактор, обеспечивающий появление в газе свободных носителей зарядов, и электрическое поле любой напряжённости, сообщающее им направленное движение, причём устранение любого из этих двух условий уничтожает ток проводимости. В этом случае газовый разряд называется несамостоятельным.

2. Есть электрическое поле с напряжённостью большей некоторого критического значения, зависящего от условий в газе и на границах окружавших тел, и достаточной для поддержания тока. В этом случае газовый разряд называется самостоятельным.