Плазмова електроніка це розділ електроніки в якому

Плазмова електроніка – це розділ електроніки, в якому вивчають процеси колективної взаємодії потоків заряджених часток з плазмою та іонізованим газом, що приводять до збудження в системі хвиль і коливань, а також використання ефектів такої взаємодії для створення приладів та пристроїв електроніки.

Плазмова електроніка Плазма = квазінейтральний газ заряджених частинок Плазма (від грець. plasma — зліплене, оформлене), частково або повністю іонізований газ, в якому щільності позитивних та негативних зарядів практично однакові. Термін «плазма» в фізиці був уведений у 1923 американськими вченими І. Ленгмюром і Л. Тонксом, що робили зондові вимірювання параметрів низькотемпературної газорозрядної плазми.

При достатньо сильному нагріванні будь-яка речовина випаровується, перетворюючись у газ. Якщо збільшити температуру, різко посилиться процес термічної іонізації (молекули газу почнуть розпадатися на їх атоми, які потім перетворяться в іони). Іонізація газу, крім того, може бути викликана його взаємодією з електромагнітним випромінюванням (фотоіонізація) або бомбардуванням газу зарядженими частинками. плавка випаровування іонізація Кулонівський бар'єр Ядерний бар'єр кристал 1 е. В рідина газ 1 е. В плазма 10 е. В 10 ке. В Енергія фазового переходу термояд. плазма 10 Ме. В

Система одиниць - СГС Одиниця вимірювання 1 е. В m. V 2 - + e. U= U=1 В 2 -19 1 е. В=1, 6*10 Дж 0 1 е. В~10604, 5 K -1 1 е. В= 8065, 48 см e. U[Дж] k. T[Дж] [е. В] T[е. В]

* кулонівська взаємодія; *колективні ефекти (узгоджений рух частинок) Відмінність властивостей плазми від властивостей нейтральних газів: 1. Взаємодія частинок плазми між собою характеризується кулонівськими силами притягнення та відштовхування, що зменшуються із відстанню більш повільно, ніж сили взаємодії нейтральних частинок. Це означає, що взаємодія частинок у плазмі є не «парним» , а «колективним» — одночасно взаємодіють друг з другом велика кількість частинок. 2. Електричні та магнітні поля сильно діють на плазму (у той же час як вони слабо діють на нейтральний газ), викликаючи появу у плазмі об’ємних зарядів і струмів та забезпечують ряд специфічних властивостей плазми.

Частково (не повністю) іонізована плазма – присутня значна кількість нейтральних атомів. Заряджена (нейтральна) плазма – сумарний позитивний заряд частинок дуже відрізняється від сумарного негативного. Електронно – діркова плазма у напівпровідниках. Як правило розглядають квазінейтральну електрон-іонну плазму.

Визначення: Густина: n – кількість електронів в одиниці об’єму. Температура: Т – температура плазми в енергетичних одиницях. m, р -- маса та імпульс електрона Класична та вироджена плазма. «Квантовий» масштаб довжини хвилі Де-Бройля «Плазмовий» масштаб відстань між частинками Класична плазма:

Класична плазма: частинки можна розглядати як точкові заряди. n d-B Вироджена плазма: суттєві квантово-механічні ефекти. n d-B Межа між режимами: n d-B

Ідеальна та неідеальна плазма. Ідеальна плазма: WE Wk (потенційна енергія взаємодії частинок є малою в порівнянні з тепловою енергією) WE -- енергія кулонівської взаємодії; Wk -- кінетична енергія частинок. Ідеальна неідеальна плазма. Плазмові електрони є Фермі-газом

А. В. Бурдаков. Физика плазмы. 104 0. 01 1 106 а еаль ьн неід ал іде не іде ал ьн а 1 на 100 ідеальна клас ичн виро а дже на Те, э. В 1010 1016 1020 1026 n, см-3

А. В. Бурдаков. Физика плазмы. клас сиче выр с ожд енна кая я Те, э. В - 104 100 высокотемпературная 1 106 я еаль н на идеальная 0. 01 неид ль еа не ид ид е ал ьн а 1 ая я низкотемпературная 1010 1016 1020 1026 n, см-3

А. В. Бурдаков. Физика плазмы. 104 0. 01 1 106 а еаль ьн неід ал іде не іде ал ьн а 1 на 100 клас ичн виро а дже ідеальна на Те, э. В 1010 1016 1020 1026 n, см-3

Зіткнення і траєкторії частинок в плазмі. Траєкторії частинок

Дебаєвськє екранування Розглянемо класичну ідеальну плазму Дебаєвське екранування Плазма-квазінейтральна На якому маштабі зберігається квазінейтральність плазми? Е=0

Дебаєвськє екранування На якому масштабі зберігається квазінейтральність плазми? l Дебаєвський радіус Е

Плазменные колебания Дебаєвський радіус є просторовий масштаб , на якому відбувається розділення зарядів. Часовий масштаб: l За цей час прибудуть електрони та зрівняють флуктуацію. сила Е

Макроскопічне відхилення від квазінейтральності приводить до появи електричного поля. В плазмі виникають подовжні коливання просторового заряду -- ленгмюрівсбкі хвилі. Наявність власних коливань є властивістю плазми. Для плоского шару плазми: - зміщення електронів Ленгмюрівські коливання Плазмова частота

Рис. Схема формування атомарного пучку великої енергії: 1 плазмовий емітер, 2 -іоно-оптична система, 3 -пучок протонів, 4 -газова мішень, 5 -магніт сепаратор, 6 -атомарний пучок. + плазма _ іони r. D + _

Випромінювання плазми. Низькотемпературна плазма. Спектр випромінювання низькотемпературної плазми складається з окремих спектральних ліній. Вони утворюються, переважно, завдяки рекомбінаційним процесам. випромінювання отримало назву Тому таке рекомбінаційного випромінювання. За рахунок ефектів неоднорідного розширення спектральних ліній атомів може мати широкі спектральні смуги.

Випромінювання плазми. Високотемпературна плазма. Є більш різноманітним і класифікується в загальному випадку: - гальмівним випромінюванням; - магнетронним або синхротронним (окремий випадок циклотронним) випромінюванням; - корпускулярним випромінюванням.

Електричним розрядом в газі називають сукупність явищ, що обумовлені проходженням електричного струму скрізь газовий проміжок. hν hν hν Рис. Фізичні процеси в газовому розряді

При тиску газу у внутрішньому об'ємі приладу 10 -3 Па (1 мм рт. ст. = 133 Па) і нижче носіями заряду, що визначають значення струму в приладі, практично є електрони. Вони рухаються майже без зіткнень, і середня довжина їх вільного пробігу Ae помітно перевищує відстань між електродами. При підвищенні тиску електрони, що рухаються, починають взаємодіяти (стикатися) з атомами газу і їх довжина вільного пробігу стає менше відстані між електродами. Характер зіткнень між електронами і атомами багато в чому визначає особливості газового розряду.

Складні явища, що протікають в газовому проміжку, можна звести до невеликої кількості елементарних процесів, що призводять до зміни енергії заряджених часток: іонізація, збудження, перезарядка і рекомбінація. Перераховані процеси можуть бути описані на основі класичних законів збереження енергії й імпульсу при зіткненнях. Зіткнення атомних часток носять пружний і непружний характер. При пружному зіткненні між частками відбувається обмін імпульсом і кінетичною енергією, але їх внутрішні енергії і стани залишаються незмінними. Якщо при зіткненні відбувається зміна внутрішньої (потенційної) енергії, то це призводить до іонізації і збудження. Цей тип зіткнень відноситься до непружних.

Елементарні процеси в плазмі - процеси, що відбуваються при зіткненні атомів, іонів, електронів та фотонів (важливо для плазми, що не знаходиться в термодинамічній рівновазі). Іонізація електронним ударом Потрійна рекомбінація Зміна кількості електронів:

Фоторекомбінація Фотоіонізація Зміна кількості електронів

Іонізація електронним ударом Фоторекомбінація

Валентні електрони мають найбільший запас енергії і беруть участь в створенні хімічного зв'язку між атомами, визначаючи активність речовини. Електрони, що покинули свою орбіту і переміщаються між атомами, називаються вільними. Нейтральний в електричному відношенні атом, втрачаючи або придбаваючи електрони, стає позитивно або негативно зарядженим іоном. Під енергією іонізації розуміють енергію, яка потрібна для руйнування зв'язку між електроном і незбудженим атомом Wi=e Ui, де Ui - потенціал іонізації -- та різниця потенціалів, яку повинен пройти електрон в електричному полі, щоб придбати енергію, достатню для відриву валентного електрона і утворення позитивно зарядженого атома.

Плазмова електроніка Рис. Залежність потенціалу іонізації від порядкового номеру атома та схематичний процес утворення негативних та позитивних іонів

Вірогідність пружних і непружних зіткнень визначається через ефективні поперечні перерізи. Якщо умовно уявити собі частинки у вигляді дисків, то сумарна площа дисків, що відповідає кількості атомів (молекул і т. д. ) в одиниці об'єму, і визначає повний ефективний поперечний переріз Q і [м 2 / м 3]. Повний ефективний поперечний переріз Qі пов'язаний з ефективним поперечним перерізом атома q [м 2] : Qі=qin, де d - ефективний діаметр атома. Під ним розуміється умовний діаметр мішені (диска), в межах якого можлива взаємодія електрона з атомом.

Якщо додати ефективні діаметри атомів на одиницю об'єму, отримаємо повний ефективний переріз для процесу іонізації : , , де n - концентрація атомів. Часто значення Qi відносять до одиничного тиску (1 мм рт. ст. ) і температури 0 ºС, тому де Qi 0 – ефективний перетин іонізації при одиничному тиску. Також ефективний перетин визначається через довжину вільного пробігу електрона А при тепловому русі (середню відстань, яку проходить електрон між зіткненнями, або кількість зіткнень при проходженні електроном 1 см):

Для визначення Qi використовують наступні апроксимацій для монохроматичного пучка електронів: 1. Лінійна апроксимація, що відповідає невеликим перевищенням енергії електронів над пороговим значенням іонізації : , де Сi - коефіцієнт пропорціональності, що характеризує нахил кривих перерізу іонізації у порогових значень; U - енергія іонізуючих електронів; Ui - потенціал іонізації атома або молекули. 2. Апроксимація Лотца-Дрєвина : де S 0 = а 02 = 0. 88·10─20 м 2 (а 0 - радіус першої борівскої орбіти атома водню); Rd = 13. 6 В - потенціал іонізації атома водню по Рідбергу; 1 і 2 – коефіцієнти налаштування; n - число еквівалентних електронів на зовнішній оболонці атома (електронів з однаковими головним і орбітальним квантовими числами), що іонізується.

У газовому розряді має місце деякий розподіл енергії (fe), що найчастіше задається законом Максвелла : . Таким чином, для оцінки середньої швидкості іоноутворення в позитивному стовпі газового розряду потрібно користуватися поняттям перерізу іонізації, усередненим по функції розподілу електронів :

Параметр Ui, В Сi, м 2/В n Um , В qi (Um), м 2 A He 24. 6 1. 3·10– 22 2 120 0. 34·10– 20 4 Газ Ne 21. 6 1. 58·10– 22 6 170 0. 85·10– 20 20 Ar 15. 8 20·10– 22 6 100 3. 4·10– 20 40

За характером іонізованого стану плазми розрізняють: - пробій газу; - підтримка електричним полем нерівноважної плазми; - підтримка рівноважної плазми. Електричні поля, що приводять до іонізації газу поділяються на: - постійні (низькочастотні включно); - високочастотні: f 105 – 108 Гц; - надвисокочастотні : f 109 – 1011 Гц; - оптичні (від ІЧ до УФ).

Електричні розряди в газі підрозділяють на несамостійні і самостійні. До несамостійних відносяться розряди, для підтримки яких потрібно емісія електронів з катода або утворення заряджених часток в розрядному проміжку під дією зовнішніх чинників, наприклад, таких як нагрів катода, опромінення катода або газу в розрядному проміжку. При самостійних розрядах фізичні процеси газового розряду забезпечують вихід електронів з катоду без допомоги зовнішніх чинників.

При русі під дією електричного поля в газовому середовищі електрони призводять до іонізації газу. Мірою іонізації є ступінь іонізації , що визначається як Ар ехр - В / (Е/р) , де А=1/ Ae 0 і В= Uі / Ae 0 В/м мм рт. ст. ; Е/р к. В м-1 мм рт. ст. ; Ae 0 – середня довжина вільного пробігу електрона при тиску в 1 Па і Т=0 о. С. Ae = Ae 0 / р0. Вторинні електрони, що утворилися під час іонізації також будуть іонізувати газ. Лавинне розмноження електронів та вплив їх на іонізацію газу відображається за допомогою коефіцієнта посилення k. k= exp ( l), де l - відстань між електродами. газового

Часто інтенсивність об'ємної іонізації вимірюють коефіцієнтом η = α / E, який показує кількість актів іонізації, скоєних одним електроном при проходженні різниці потенціалів в 1 В. Замінюючи α на η та враховуючи, що в момент виникнення розряду розподіл електричного поля в проміжку лінійний, тобто Е = Uв / l, можна отримати: . Вирішивши рівняння щодо U, можна отримати вираз для визначення напруги виникнення самостійного розряду: , де U 0 - поправка на початкову енергію електронів, що чисельно дорівнює потенціалу іонізації газу Ui.

Залежність коефіцієнта об'ємної іонізації газу від наведеної напруженості електричного поля Е / р0 може бути виражена, наприклад, апроксимацією Таунсенда: , де А=1/ Ae 0 і В= Uі / Ae 0 ; Ae 0 – середня довжина вільного пробігу електрона при тиску в 1 Па і Т=0 о. С. Ae = Ae 0 / р0. Враховуючи, що в момент виникнення розряду розподіл електричного поля в проміжку лінійний, тобто Е = Uв / l, можна отримати залежність Uв = f (pl). Ця залежність була експериментально перевірена в різних газах німецьким фізиком Пашеном в 1889 р. тому і носить назву кривої Пашена.

З ростом pl число зіткнень збільшується за рахунок збільшення кількості молекул або відстані, що проходять електрони, а ймовірність знижується внаслідок зменшення енергії, що набувають електрони на довжині вільного пробігу. Іншими словами, при дуже малих pl в проміжку мало молекул через низький тиск або електрони пролітають на анод переважно без зіткнень із-за малої відстані. При великих pl через малу напруженість поля або малу довжину вільного пробігу електрони не можуть набрати енергію, достатню для ефективної іонізації.

Плазмова електроніка см– 1 ·мм см– 1 Газ Ui, В А, · мм рт. ст. – 1 В, В · рт. ст. – 1 Mo Ni Ba Ne 21, 5 4 100 0, 15 Ar 15, 6 14 180 0, 08 0, 06 8 0, 03 0, 33 He 24, 5 3 34 0, 20 0, 11 0, 42 H 2 15, 4 5 130 0, 015 0, 01 3 Ar 0, 12 Газ Матеріал мішені Mo Ni Ba H, В/(мм рт. ст. × ×см) Ne He (pl)min, мм рт. ст. ·см 1. 55 2. 05 – Uв min, В 155 205 – 5 (pl)min, мм рт. ст. ·см 3. 5 4. 32 – Uв min, В 175 216 126 7 0, 22 (pl) min, мм рт. ст. ·см 0. 58 0. 7 – Uв min, В 116 141 71 20

ВАХ газового розряду

АВ При малих напругах на електродах (до 40 -50 В), газ є майже ідеальним діелектриком, а невеликий струм в 10 -12— 10 -10 А визванний зовнішніми факторами (радіаційний фон, космічне випромінювання, температура катоду і т. д. ). ВС Струм між електродами незначною мірою збільшується з причини збільшення кількості заряджених частинок, що доходять до електродів без рекомбінації. CD Ділянка газового посилення, при якій електрони вже мають достатню енергію для іонізації газу. Виникають вторинні електрони та іони, але процеси рекомбінації або деіонізації поки переважають. AD Область несамостійного газового розряду, бо при ослабленні впливу зовнішніх факторів відбудеться зменшення струму розряду.

DL Область самостійного розряду, яка характеризується несуттєвим впливом зовнішніх факторів. DE Ділянка тихого (таунсівського) розряду, потенціалом достатнім для виникнення самостійного розряду. Розвивається лавинний розряд. EF Збільшення струму викривляє поле між електродами, основне падіння потенціалу приходиться на катодну область біля катоду за рахунок концентрації в ній позитивних іонів. Виникає самостійний розряд, який підтримується за рахунок вибивання іонами вторинних електронів з поверхні катоду. FG Ділянка нормального тліючого або, при високих тисках, іскрового та коронного розрядів. Незначне збільшення потенціалу, за рахунок збільшення площі вторинно-електронної емісії при постійній щільності вторинного струму, приводить до значного збільшення струму

GH Ділянка аномального тліючого розряду, початок якої характеризується охопленням всієї поверхні катоду процесами вторинно-іонно-електронної емісії. Опір зростає, для збільшення кількості вторинних електронів необхідно збільшити енергію іонів. Кінцева ділянка характеризується розігрівом та збільшенням потенціалу біля катоду, що приводить до розвитку та виникнення дугового розряду HK. KL Ділянка дугового розряду, що характеризується збільшенням потужності, яка виділяється на катоді, струмами більшими ніж 1 А, локалізацією струму на малій поверхні катоду (катодна пляма). Катодна пляма рухається по поверхні катода і є причиною виникнення термоелектронної емісії , автоелектронної емісії та термоіонізації.

Оптичний (лазерний) розряд. Оптичний розряд виникає при фокусуванні лазера в газі або на поверхні твердого тіла. Розвиток розряду відбувається з причини іонізації електричним полем лазера і багатофотонного поглинання. Підтримка плазми пов'язана з поглинанням квантів. Електричне поле е/м хвилі пропорційно інтенсивності світла. Електрон розганяється електричним полем, створює лавини і іонізацію газу. Розрізняють також і багатофотонну іонізацію яка відбувається завдяки високій щільності фотонів. Реалізується одночасний вплив на атом або молекулу 10 або 15 квантів.

Оптичний (лазерний) розряд. Мікроспектральний аналіз. Випромінювання імпульсного лазера фокусується в обрану точку поверхні зразка. Зразок в цьому місці нагрівається, випаровується. Застосовують для вивчення структури мінералів та сплавів. Зразки можуть бути як провідні так і непровідні. Прецизійна різка та сварка. Для отримання точної заданої лінії зварювання або різання, канал електричної дуги задається лазером. В іншому випадку дуга може відхилятися. Потужність лазера має бути в межах 10% від потужності дуги. Зміцнення поверхні металів. При швидкому утворенні з твердого стану плазми виникає реактивний імпульс, який використовується для легування та гартування зразків. Лазерний термоядерний синтез. При опроміненні капсули йде її часткове випаровування, виникає реактивна сила, яка стискає капсулу разом з дейтерієм.

Прилади тліючого розряду Основними ознаками приладів тліючого розряду є холодний катод, порівняно малі робочі струми (м. А), стабільність електричних параметрів. Завдяки цьому вони є більш економічні, мають великі терміни дії, є надійними та більш механічно міцними в порівнянні з електровакуумними приладами. Застосування: - стабілізація струмів та напруг; - комутація електричних сигналів та реалізація пристроїв пам'яті; - створення індикаторів та систем відображення інформації; - створення запобіжників -- розрядників.

Прилади тліючого розряду. Стабілітрони тліючого розряду. Використовуються для стабілізації напруги на малопотужних опорах при струмах до декількох м. А. Стабілітрон – газорозрядний некерований прилад, що застосовується для підтримки незмінної напруги на опорі при зміні струму опору або напруги живлення. За способом застосування розділяються на: Стабілітрони стабілізації напруги, у яких робоча точка зміщується в межах всієї характеристики від Імин до Імакс. Працюють при струмах від 20 до 200 м. А. Стабілітрони опорної напруги, що застосовуються в електронних стабілізаторах. Працюють при струмах до 5 м. А, мають невелику площу катода і загальні розміри.

Прилади тліючого розряду. Стабілітрони тліючого розряду. Конструкція. Виготовляються в скляних або керамічних оболонках, що заповнюються сумішшю інертних газів під тиском 20 -80 мм. рт. ст. Як правило має 2 електрода – анод і катод. Для зменшення напруги виникнення розряду та робочої напруги використовують електрод підпалу. Катод має більшу, в порівнянні з анодом площу. Катод виготовляється з нікелю та бездомішковому молібдену, іноді активуються.

Прилади тліючого розряду. Стабілітрони тліючого розряду. Характеристики. Напругою запалювання – потенціал, при якому виникає тліючий розряд. Напругою горіння (стабілізації) – робочий потенціал на стабілітроні, при якому робоча точка знаходиться в межах струмів стабілізації. Опір обмеження – опір резистора, що послідовно входить в коло стабілітрона для обмеження струму розряду.

Прилади тліючого розряду. Стабілітрони тліючого та коронного розряду. Стабілітрони , ВАХ та параметрична схема включення тліючого розряду

Прилади тліючого розряду. Стабілітрони коронного розряду. Використовуються як для безпосередньої стабілізації напруги, так і в якості опорних елементів у високовольтних електронних стабілізаторах при струмах до 1, 5 м. А та напругах від 300 В до 30 к. В. Застосовуються в колах живлення фотопомножувачів, електронно-оптичних перетворювачів зображень, в колах відбивних клістронів. Балони наповнюються сумішшю водню та азоту. Мають більш пологі ВАХ та збільшену провідність до виникнення розряду (до 2 мк. А). Для виникнення розряду необхідно до 30 с.

Прилади тліючого розряду. Стабілітрони тліючого та коронного розряду. rk/ra Стабілітрони , ВАХ коронного розряду та схема позитивної корони

Прилади тліючого розряду. Стабілітрони коронного розряду. Для стабілізації високих напруг використовують послідовне включення однотипних стабілітронів, при цьому вхідна напруга: , а при наявності пускових опорів

Прилади тліючого розряду. Тиратрони тліючого розряду є малопотужними приладами з холодним катодом (ТХК), що застосовуються в системах електроавтоматики, електронній імпульсній апаратурі, релаксаційних генераторах та інш. Є високочутливим реле, яке після вмикання вимикається при зменшенні напруги на аноді нижче потенціалу горіння, або негативним імпульсом на керуючу сітку. Переваги: висока економічність, простота конструкції, малі габарити та вага, здатність пропускати в імпульсі великі струми, довговічність, вібростійкість, великий діапазон робочих температур, малі пускові струми при великому вхідному опорі.

Прилади тліючого розряду. Тиратрони тліючого розряду. Керування запалюванням можливе двома способами. Струмове керування – зміна струму в колі керуючого електрода (сітки). сіткою та обмеження Характерно для тиратронів - тріодів. Між катодом встановлюється 10 -50 МОм). запалювання тиратрона. Зміна тихий струму розряд змінює (опір напругу

Прилади тліючого розряду. Тиратрони тліючого розряду. Потенційне керування – зміна потенціалу на керуючому електроді (електродах). Використовують, як правило 2 керуючі сітки: сітка попереднього запалюванням. розряду та Характеризуються сітка більш керування стабільними характеристиками: - підготовчий розряд суттєво зменшує статистичний час запізнення виникнення основного розряду; - багатосіточне керування суттєво розширює функціональні та діапазонні можливості приладу; - потенційне керування дозволяє використовувати малопотужні керуючі сигнали з низьким потенціалом.

Прилади тліючого розряду. Тиратрони тліючого розряду. Схема включення тиратрону тліючого розряду за допомогою імпульсу напруги на сітці скрізь конденсатор С Екранування а) позитивної, б) негативної сіток в тиратроні тліючого розряду після виникнення струму між К та А

Прилади тліючого розряду. Тиратрони тліючого розряду. Електродна структура тиратрона тліючого розряду МТХ -90 Пускова характеристика та пускова область тиратрона з струмовим керуванням типу МТХ-90

Прилади тліючого розряду. Тиратрони тліючого розряду. Електродна структура тиратрона тліючого розряду з потенційним керуванням типу ТХ -4 Б

Прилади тліючого розряду. Тиратрони тліючого розряду. Пускова характеристика тиратрона тліючого розряду з потенційним керуванням типу ТХ -3 Б: 1 - статичний режим; 2 - при тривалості керуючих імпульсів 10 мкс; 3 - при тривалості керуючих імпульсів 1 мкс.

Прилади тліючого розряду. Тиратрони тліючого розряду. Елементарна схема включення тиратрона тліючого розряду потенційним керуванням типу ТХ -4 Б

Прилади тліючого розряду. Вентильний газотрон тліючого розряду. Конструкція, схема включення та ВАХ газотрону тліючого розряду

Прилади тліючого розряду. Індикаторні тиратрони використовуються в якості індикаторів завдяки унікальним властивостям перетворювати малопотужні електричні сигнали у випромінювання та можливості реалізації на їх базі логічних схем із властивостями пам'яті. Переважно використовується електростатичний спосіб керування.

Прилади тліючого розряду. Індикаторні тиратрони тліючого розряду. Електродна структура, розподіл потенціалів в робочому просторі та характеристики відновлення електричної міцності газорозрядного індикаторного тиратрону типу ТХ-19 А: А 1 - анод пам'яті; А 2 - анод збудження свічення; К – катод; С 1, С 2 - керуючі сітки; ПК - підкатод

Прилади тліючого розряду. Індикаторні тиратрони тліючого розряду. Діаграми напруг та струмів для режимів: а) із запам'ятовуванням інформації; б) без запам'ятовуванням інформації.

Прилади дугового розряду. Поділяються на прилади із самостійним та несамостійним дуговим розрядом. Використовуються в схемах перетворення одного виду електричної енергії в іншу (випрямлення та інвертування струмів), в якості комутаторних імпульсних приладів. Конструктивно розрізняються: газотрони – двохелектродні вентилі; тиратрони – прилади із сітковим керуванням; ртутні ігнатрони – прилади з ртутним катодом та запалювальним електродом (ігнітер), який занурюються в нього; ртутні екситрони – прилади з ртутними катодами та постійною допоміжною дугою (випрямлення трьохфазного струму). на анодах збудження

Прилади дугового розряду. Газотрони несамостійного дугового розряду. Схема включення (а), діаграми струмів та напруг газотрону (б) Скляний газотрон: 1 - молібденовий вивід аноду; 2 - дисковий нікелевий анод; 3 - анодний екран; 4 - оксидний катод прямого розжарення; 5 - діафрагма; 6 - газопоглинач; 7 - діафрагма з отворами; 8, 9 – діафрагми анодного кріплення; 10 - скляна трубка

Прилади дугового розряду. Газотрони несамостійного дугового розряду. Параметри. Допустимі середні значення струму Іа, сер; Допустимі максимальні значення струму Іа, мах; Допустиме падіння напруги між катодом та анодом Uа; Максимальне зворотна анодна напруга Uа, звор. Типовий розподіл потенціалу та ВАХ несамостійного дугового розряду

Прилади дугового розряду. Тиратрони несамостійного дугового розряду (імпульсні тиратрони). Створені для отримання нетривалих електричних імпульсів великої потужності і використовуються в радіолокаційних пристроях, в колах модуляторів, генераторах розгортки, датчиків імпульсів, формуючих пристроїв та інш. Характеризуються значною імпульсним навантаженням при малих середніх струмах аноду. В імпульсі струм може досягати Тривалість декілька сотень А при середньому струмі до 1 А. імпульсів в межах 0, 15 -30 мкс при частоті повторення декілька тисяч Гц.

Прилади дугового розряду. Тиратрони несамостійного дугового розряду (імпульсні тиратрони). В якості газів використовують інертні гази та, при необхідності роботи у високочастотному діапазоні, водень. Останній є активним елементом та поглинається електродами. Тому використовують генератори водню на основі гідриду титану. Робота характеризується імпульсною потужністю, найвищою частотою повторення імпульсів, крутизною наростання переднього фронту імпульсного анодного струму та його можливою мінімальною тривалістю. Чим вони вище – тим краще. Також вони характеризуються запізненням анодного струму відносно імпульсу на сітці (0, 1 -1 мкс) із-за необхідності часу для розвитку розряду.

Прилади дугового розряду. Тиратрони несамостійного дугового розряду (імпульсні тиратрони). Конструкція високовольтного вентильного тиратрона з ртутним наповненням, його пускова характеристика та характеристика сіткового запирання: 1 - увігнутий графітовий анод; 2 - сітка з малими отворами; 3 ціліндричний оксидний катод непрямого розжарення з ребрами; 4 - спіраль розжарення; 5 - ртуть Пускові характеристики та характеристики сіткового запирання

Прилади дугового розряду. Тиратрони несамостійного дугового розряду (імпульсні тиратрони). Схема включення тиратрону в якості вентиля керування (а) та діаграми напруг (б) Схема включення водневого тиратрону в якості модулятора (а) та діаграми напруг (б)

Прилади дугового розряду. Вентильні прилади самостійного дугового розряду (ртутні вентилі). Ртутні вентилі є некерованими газовими приладами із самостійним дуговим розрядом в парах ртуті, що створені для випрямлення та перетворення змінного струму промислової частоти великої потужності. Розділяються: за способом створення дуги на ігнатрони та ексітрони; за номінальними значеннями струмів та напруг; за матеріалом корпусу (металеві або скляні); за кількістю анодів; за системою охолодження; за системами підтримки вакууму.

Ртутні вентилі. Складаються з вакуумного балону в якому знаходиться рідка ртуть (катод), один або декілька робочих анодів, один або декілька анодів підпалу. Застосування ртуті (тиск біля 1 Па) дозволяє отримувати питомі струми до 106 А/см 2 при невеликих розмірах вентиля. Характеризуються можливістю 100% перевантаження по струму на протязі 10 -20 с, що визначає їх надійність, а 90 -99% ККД перетворення – високу якість та ефективність. Розрядні області аналогічні газотронам та тиратронам з відмінністю її меншої протяжності, що приводить до зменшення товщини області прикатодного падіння потенціалу (іони, що створюють біля поверхні катода сильне електростатичне поле). Тому електрони починають іонізацію вже біля катоду.

Прилади дугового розряду. Вентильні прилади самостійного дугового розряду (ртутні вентилі). Ртутний вентиль самостійного дугового розряду: 1 - металевий корпус; 2 - анодний екран; 3 - анод; 4 – дуга; 5 - ртуть Устрій ігнітрона: (1)анод, (2) катод, (3) електрод підпалу, (4) ртуть, (5) ізолятори, (6)рідина охолодження

Прилади дугового розряду. Вентильні прилади самостійного дугового розряду (ртутні вентилі). Ігнітрон: конструкція(а); діаграма струмів та напруг

Прилади дугового розряду. Вентильні прилади самостійного дугового розряду (ртутні вентилі). Перевагою потужних ігнітронів є: простота керування; висока енергетична ефективність (98 -99%); малі габарити та мала вага; здатність витримувати струми порядку 1000 А при напругах сотні к. В (падіння потенціалу в газорозрядному проміжку 30 -40 В). Недолік – невеликий строк служби: 4000– 10000 год.

Розрядники. Основне призначення газових розрядників – захист ліній зв'язку та елементів радіоапаратури від підвищення напруги та комутація електричних кіл. Розрізняють захисні розрядники, які працюють в режимі поодиноких увімкнень (1 раз за 1 с), та періодично вмикаючи комутаційні розрядники (більше 1 разу за 1 с). За конструкцією вони представляють 2 або більше металевих електрода, які розміщуються всередині колби з газом. Схема включення 2 -х електродного розрядника

Розрядники. Характеризуються наступними параметрами: - статичні та динамічні напруги пробою; - діапазон робочих напруг; - струм розряду; - ємність газового проміжку; - час запізнення виникнення розряду; - час відновлення електричної міцності.

Існує 4 робочих стана газового розрядника: Стан спокою: внутрішні опір розрядника перевищує 1 ГОм, а ємність не перевищує декількох п. Ф. Тліючий розряд: при досягненні напруги захисту (від 70 В до декілька к. В) відбувається пробій газу і скрізь нього проходить струм, напруга падає до 80 В. Збільшення струму до 0, 8 -1 А приводить до незначного збільшення напруги. Область електричної дуги: при подальшому збільшенні струму на протязі наносекунд виникає електрична дуга. Напруга падає до 2025 В и з ростом струму майже не змінюється. Розряд струму при цьому може складати до 150 к. А. Погашення розряду: при зниженні напруги до значень, що нижче напруги горіння електричної дуги або тліючого розряду, розряд гасне і розрядник переходить у стан спокою.