106 зачем в схеме с газоразрядными приборами последовательно включен резистор

Почему мы подключаем резистор перед стабилитроном?

Зачем нам нужен резистор в цепи стабилитрона, как на схеме ниже?

106 зачем в схеме с газоразрядными приборами последовательно включен резистор

Я понимаю, что это для ограничения тока, но как это так, и зачем нам это нужно для стабилитрона?

Влияет ли выбор различных значений резисторов на работу схемы? Поэтому, когда мы выбираем стабилитрон, мы смотрим в спецификации на различные обратные токи, которые могут протекать через них. Но если их можно заменить через резисторы, можем ли мы выбрать любой диод Зенера при напряжении, не глядя на максимальный ток?

Вместо того, чтобы переходить к отсутствию резисторов, рассмотрим, что произойдет, если мы просто используем резисторы с различными (более низкими) значениями и посмотрим на схему. По мере уменьшения значения резистора ток через стабилитрон будет расти. Даже если источник напряжения не идеален, мощность, рассеиваемая стабилитроном, приведет к его выходу из строя из-за перегрева.

106 зачем в схеме с газоразрядными приборами последовательно включен резистор

Ток через резистор по закону КВЛ и Ома:

V I N − V Z R S ‘ role=»presentation»> В я N — В Z р S

R S ‘ role=»presentation»> р S

1 12 A ‘ role=»presentation»> 1 12 A

От комментария к другому ответу:

мы можем выбрать любой стабилитрон по напряжению, не глядя на максимальный ток?

Смысл ответа Джима, и мой, состоит в том, чтобы подчеркнуть рассеиваемую мощность, связанную с стабилитроном.

Поскольку наших ответов явно недостаточно в этом отношении, рассмотрим следующую выдержку из таблицы технических характеристик стабилитрона:

106 зачем в схеме с газоразрядными приборами последовательно включен резистор

P D = 500 m W ‘ role=»presentation»> п D знак равно 500 м W

V Z ‘ role=»presentation»> В Z

I Z m a x P D V Z ‘ role=»presentation»> я Z м a Икс п D В Z

V Z = 5.1 V ‘ role=»presentation»> В Z знак равно 5,1 В

I Z m a x 0.5 W 5.1 V = 98 m A ‘ role=»presentation»> я Z м a Икс 0,5 W 5,1 В знак равно 98 м A

Лекция 6. Газоразрядные приборы

Газоразрядными называют электровакуумные приборы с электрическим разря­дом в газе или парах. Конструктивно газоразрядные приборы представляют сис­тему электродов, помещенных в баллон, заполненный инертным газом (аргон, неон, криптон), водородом или парами ртути. Давление газа в баллоне составля­ет от 10 -1 до 10 3 Па.

Электрический разряд в газе

Рассмотрим гипотетическую модель, состоящую из двух параллельных пластин, расположенных в баллоне, наполненном инертным газом. К этим пластинам через резистор Ra с большим сопротивлением подводится напряжение от источника питания Eи.п (рис. 10.29, а). Одну из пластин, к которой подключен отрицатель­ный полюс источника питания, условно назовем катодом, другую — анодом. По­вышая напряжение источника питания Eи.п, будем наблюдать, как изменяется ток iа и напряжение между электродами uа.

106 зачем в схеме с газоразрядными приборами последовательно включен резистор

Если Eи.п = 0, то в разрядном промежутке между катодом и анодом существует не­большое число свободных электронов и ионов, возникших в результате внешней ионизации газа световым потоком, космическим излучением и другими воздей­ствиями. Электроны и положительные ионы совершают беспорядочное (тепло­вое) движение и, приближаясь друг к другу, могут соединяться, образуя нейт­ральные атомы. Этот процесс называется рекомбинацией. Процессы ионизации и рекомбинации находятся в динамическом равновесии, поэтому число электронов и ионов сохраняется неизменным.

При увеличении напряжения Еи.п между электродами возникнет электрическое поле, под действием которого положительные ионы начнут перемещаться к като­ду, а свободные электроны — к аноду, то есть в разрядном промежутке, а следова­тельно, и во внешней цепи возникнет незначительный электрический ток. Пока напряжение Еи.п невелико, этот ток мал и не создает значительного падения на­пряжения на резисторе Ra, поэтому можно считать, что uа≈Еи.п. Зависимость тока от напряжения показана на рис. 10.29, б.

При малых значениях uа ток обусловлен носителями заряда, возникшими в ре­зультате внешней ионизации, и практически сохраняется неизменным (учас­ток А на рис. 10.29, б).

По мере увеличения напряжения Еи.п возрастает скорость движения электронов и ионов, соответственно увеличивается их кинетическая энергия. При движении электронов к аноду они сталкиваются с атомами газа. При небольшой скорости эти столкновения являются упругими, и величина энергии сталкивающихся час­тиц не изменяется. При определенной скорости соударения становятся неупру­гими. В результате таких столкновений электроны атома могут перейти на более высокие энергетические уровни, то есть происходит возбуждение атома. Возбуж­денное состояние атома длится от 10 -7 до 10 -9 с, после чего электрон возвращается на исходный энергетический уровень, испуская квант энергии излучения. При незначительном числе столкновений свечение газа незаметно. При достаточ­но большой скорости электронов происходит отделение электронов от атомов, в результате чего образуются новые свободные электроны и положительные ионы. Образовавшиеся электроны, двигаясь к аноду, совершают новые иониза­ции, а ионы перемещаются к катоду и выбивают из него вторичные электроны, которые, двигаясь к аноду, также совершают новые ионизации и т. д. Вследствие этого происходит размножение носителей заряда и увеличение тока (участок АВ на рис. 10.29, б).

Процесс образования новых электронов и ионов в результате столкновений с ато­мами газа называется объемной ионизацией газа и оценивается коэффициентом объемной ионизации а, который показывает, какое количество ионизации совер­шает один электрон на пути длиной в 1 см. Количество выбиваемых из катода электронов оценивается коэффициентом вторичной электронной эмиссии. Каждый электрон, проходя от катода до анода путь длиной rк-а, совершает αrк-а иониза­ции, а количество электронов, попадающих на анод при выходе из катода одного электрона, оказывается равным ехр(αrк-а). Если из катода в единицу времени вы­ходит N электронов, созданных внешней ионизацией, то на анод в результате раз­множения попадает Nexp(αrк-а) электронов. Число ионов, образующихся при объемной ионизации, равно N[exp(αrк-а)-l], а число выбиваемых из катода элект­ронов — σN[exp(αrк-а)-l], где σ — коэффициент вторичной электронной эмиссии. Пока количество вторичных электронов, выбиваемых из катода, меньше количе­ства электронов, созданных внешней ионизацией, разряд является несамостоя­тельным, то есть зависящим от внешней ионизации. При прекращении внешней ионизации разряд прекращается. При некоторой величине Uз, называемой напря­жением зажигания, каждый электрон, выбитый из катода, создает на своем пути к аноду столько электронов, сколько необходимо для выбивания нового электрона. В этом случае разряд становится самостоятельным, то есть он может существо­вать независимо от внешнего источника ионизации. После наступления само­стоятельного разряда (точка В) наступает лавинообразное увеличение числа носителей заряда, и ток резко возрастает. Однако рост тока ограничивается ре­зистором R, на котором по мере роста тока возрастает падение напряжения и, соответственно, снижается напряжение Ua. Величина этого напряжения самопро­извольно устанавливается такой, чтобы в процессе ионизации создавалось требу­емое для получения заданного тока количество носителей заряда, то есть разность потенциалов между электродами ионного прибора зависит от состояния ионизи­рованного газа. В связи с этим целесообразно рассмотреть зависимость напряже­ния от тока (рис. 10.29, в).

Область ВС на рис. 10.29, в называется областью темного самостоятельного разря­да. Электрическое поле в этой области создается в основном зарядами на электро­дах, пространственный заряд пренебрежимо мал и распределение потенциала между катодом и анодом близко к линейному. По мере роста тока возрастает объемный заряд и поле искажается. У катода скапливается большое число ионов, поэтому можно считать, что практически все приложенное напряжение падает в узкой облас­ти вблизи катода, называемой областью катодного падения напряжения (рис. 10.30).

106 зачем в схеме с газоразрядными приборами последовательно включен резистор

Область разряда с почти неизменным потенциалом носит название положитель­ного столба. Электроны ускоряются в области катодного падения напряжения, поэтому там и происходит основная ионизация. Интенсивность ионизации в этой области больше первоначальной, поэтому напряжение, при котором поддержива­ется разряд, с ростом тока снижается. В точке С наступает тлеющий разряд, отли­чительной особенностью которого является свечение газа, напоминающее свече­ние тлеющих углей. Этот разряд бывает трех видов: поднормальный, нормальный и аномальный.

Поднормальный тлеющий разряд (участок CD на рис. 10.29, в) характеризуется уменьшением напряжения, при котором поддерживается разряд при увеличении тока, и шнурованием (стягиванием) разряда. Шнурование обусловлено тем, что с ростом тока сужается область катодного падения напряжения. Она становится столь узкой, что начинают сказываться шероховатости поверхности катода, в ре­зультате чего появляются локальные участки, в пределах которых напряженность поля оказывается более высокой. Поэтому на этих участках ионизация возраста­ет, что приводит, как отмечено ранее, к снижению напряжения, в результате чего на тех участках, где напряженность поля более низкая, разряд прекращается. Чем больше ток, тем меньше область, охваченная ионизацией.

Процесс шнурования происходит до тех пор, пока область катодного падения на­пряжения не станет столь узкой, что электроны окажутся неспособными создать требуемое количество ионов, необходимое для выбивания новых электронов на смену ушедшим. Поэтому дальнейший рост тока становится возможным лишь при увеличении поверхности катода, охваченной ионизацией. Наступает область нормального тлеющего разряда (участок DE на рис. 10.29, в). После того как вся поверхность катода окажется охваченной ионизацией, для увеличения тока по­требуются дополнительные носители заряда, возникновение которых возможно при увеличении напряжения. Такой разряд (область EF на рис. 10.29, в) называ­ется аномальным тлеющим разрядом.

Увеличение напряжения на ионном приборе, работающем в режиме аномального тлеющего разряда, ведет к увеличению интенсивности бомбардировки катода ионами, в результате чего на поверхности катода возникает термоэлектронная эмиссия. Кроме того, ионы, находясь очень близко к поверхности катода, создают сильное электрическое поле, вызывающее электростатическую эмиссию. Поэто­му число электронов в приборе резко увеличивается, их объемный заряд компен­сирует положительный объемный заряд ионов и напряжение на приборе умень­шается (участок FG на рис. 10.29, в), наступает дуговой разряд. Уменьшение напряжения сопровождается шнурованием разряда и образованием ярко светя­щегося катодного пятна. Шнурование продолжается до тех пор, пока напряжение не достигнет величины, равной 10-20 В, необходимой для поддержания эмиссии электронов. Дальнейшее увеличение тока (участок GH) происходит за счет рас­ширения области, охваченной электронной эмиссией.

Дата добавления: 2015-08-08 ; просмотров: 2077 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Блог судового электромеханика. Электроника, электромеханика и автоматика на судне. Обучение и практика. В помощь студентам и специалистам

03.03.2014

Газоразрядные приборы

Газоразрядными, или ионными, называют электронные приборы, в которых используется электрический разряд в газовой среде, сопровождающийся направленным движением электронов и ионов. Величина тока, протекающего через ионный прибор, зависит от многих факторов, а возникновение тока обусловлено столкновением свободных электронов с атомами газа и ионизацией газа. Процесс ионизации газа нарастает лавинообразно, поэтому для ограничения тока последовательно с газоразрядным прибором включают ограничительный резистор.

По способу получения положительных ионов различают разряды: самостоятельный, возникающий под действием электрического поля, и несамостоятельный, для поддержания которого, кроме электрического поля, нужен внешний источник энергии, обеспечивающий начальную ионизацию. По плотности тока в разрядном промежутке различают темный, тлеющий и дуговой разряды.

Схема включения ионного прибора и вольт-амперная характеристика электрического разряда приведены на рис. 1,а, б.

Недостатками вакуумных и ионных приборов являются: небольшой срок службы, большое внутреннее сопротивление, а следовательно, и большое падение напряжения; необходимость стабилизации тока накала.

106 зачем в схеме с газоразрядными приборами последовательно включен резистор

Неоновая лампа — газосветный прибор тлеющего разряда, имеет два электрода различной формы, помещенных в газонаполненный баллон. Разряд неоновой лампы происходит при токах небольшой величины и сравнительно больших напряжениях. Начальная ионизация здесь происходит под действием внешних факторов (радиоактивных излучений, космических лучей и т. д.). При увеличении напряжения между электродами до 60—220 В (напряжение зажигания) свободные электроны начальной ионизации разгоняются до скоростей, достаточных для ионизации газа, поэтому процесс ионизации протекает лавинообразно.

Величина тока разряда ограничивается балластным резистором до 10—20 мА (см. рис. 1,а). После зажигания лампы на ее электродах устанавливается постоянное напряжение горения Uг, которое несколько меньше напряжения зажигания. Неоновые лампы, дающие оранжево-красное свечение, используют как сигнальные, их можно применять также как переключающие элементы.

106 зачем в схеме с газоразрядными приборами последовательно включен резистор

При изменении э. д. с. Е источника изменяется его ток, что вызывает соответствующее изменение напряжения Uв. Если при этом ток не выйдет за пределы от Iст до Iст+ΔI, то напряжения на стабилитроне и соответственно на нагрузке останутся практически неизменными. Напряжение на балластном резисторе изменится на ту величину, на которую изменилась э. д. с. источника (рис. 2,б).

Стабилитроны выполняют на стандартные величины стабилизированных напряжений, маркируют буквами СГ — стабилизатор газовый. Стабилитроны могут быть выполнены на несколько значений стабилизированных напряжений. В этом случае между катодом и анодом располагают несколько электродов, потенциалы которых определяются потенциалами соответствующих точек межэлектродного пространства (рис. 2, в, г).

Декатрон — газоразрядный прибор с холодным катодом, имеет один анод и десять симметрично расположенных вокруг него катодов. Разряд поддерживается между анодом и одним из катодов. Управляющими импульсами разряд может переводиться с одного катода на другой. Применяют декатрон в цифровых приборах.

К приборам с несамостоятельным разрядом относятся газотрон и тиратрон с подогревным катодом (рис. 3).

106 зачем в схеме с газоразрядными приборами последовательно включен резистор

106 зачем в схеме с газоразрядными приборами последовательно включен резистор

Газотрон является вентильным прибором, пропускающим большие токи в одном направлении. Это двухэлектродная лампа дугового разряда, баллон которой заполнен парами ртути или криптон-ксеноновой смесью при давлении 0,01—0,5 мм рт. ст. Аноды изготовляют из графита или никеля, катоды — в виде оксидированной вольфрамовой спирали.

При включении накала катод разогревается и начинает эмиттировать электроны. Если на анод подать положительный потенциал (положительная полуволна), электроны начнут двигаться к аноду, сталкиваться с молекулами наполнителя и ионизировать их. Этот процесс нарастает лавинообразно и приводит к дуговому разряду. Внутреннее сопротивление газотрона резко падает, и падение напряжения Uгор на нем, даже при больших анодных токах, оказывается равным 10—12 В. При переходе от положительного полупериода к отрицательному (на аноде — минус) дуговой разряд прекращается, но если обратное напряжение станет выше допустимого, газотрон может пробить и вентильные свойства его нарушатся. Обозначение газотронов: ГГ1 —газотрон газонаполненный, ГР1 — газотрон с ртутным наполнением. Применяются как выпрямители.

Тиратрон в отличие от газотрона имеет третий электрод — управляющую сетку и по сути представляет собой газонаполненный триод. Если на сетку тиратрона подать значительный отрицательный потенциал, то даже при наличии анодного напряжения тиратрон не зажжется.

При уменьшении отрицательного потенциала сетки в какой-то момент наступает зажигание тиратрона, внутреннее сопротивление его падает, а ток, протекающий через тиратрон, возрастает. Момент зажигания зависит от соотношения между напряжениями на аноде и на сетке.

Процесс зажигания тиратрона зависит от многих факторов (температуры, внешних излучений и т. д.), поэтому пусковая характеристика представляется в виде некоторой пусковой области.

Точки, расположенные выше пусковой области, определяют зажженное состояние тиратрона. Таким образом, регулируя напряжение на сетке, можно регулировать величину выпрямленного напряжения, поэтому тиратрон называют управляемым вентилем.

Тиратроны с подогревными катодами маркируют: ТГ1 — газонаполненный, ТР1 — с ртутным наполнением. Тиратроны с холодными катодами (МТХ) являются приборами тлеющего разряда.

Для устранения недостатков трехэлектродные тиратроны можно выполнять многосеточными. Применяют их как выпрямители с регулированием величины выпрямленного напряжения.

Источник