Войти
A компактная люминесцентная лампа - бытовое применение газонаполненной трубки A газонаполненной трубки, также известная как газоразрядная трубка, представляет собой расположение электродов в газе внутри изолирующего, термостойкого конверт. Газонаполненные трубки используют явления, связанные с электрическим разрядом в газах, и работают за счет ионизации газа с приложенным напряжением, достаточным, чтобы вызвать электрическую проводимость явлением, лежащим в основе разряда Таунсенда. газоразрядная лампа - это электрический свет, использующий газонаполненную трубку; к ним относятся люминесцентные лампы, металлогалогенные лампы, натриевые лампы и неоновые лампы. Специализированные газонаполненные трубки, такие как критроны, тиратроны и игнитроны, используются в качестве переключающих устройств в электрических устройствах.
Напряжение, необходимое для инициирования и поддержания разряда, зависит от давления и состава наполняющего газа, а также от геометрии трубки. Хотя оболочка обычно сделана из стекла, в силовых лампах часто используется керамика, а в военных лампах часто используется металл с покрытием из стекла. Встречаются устройства типа с горячим катодом и с холодным катодом.
Водород используется в трубках, используемых для очень быстрого переключения, например некоторые тиратроны, декатроны и критроны, где требуются очень крутые края. Время накопления и восстановления водорода намного короче, чем у других газов. Водородные тиратроны обычно имеют горячий катод. Водород (и дейтерий) может храниться в трубке в форме гидрида металла, нагретого вспомогательной нитью накала; водород, нагревая такой накопительный элемент, можно использовать для пополнения очищенного газа и даже для регулировки давления, необходимого для работы тиратрона при заданном напряжении.
Дейтерий используется в ультрафиолетовые лампы для ультрафиолетовой спектроскопии, в трубках нейтронных генераторов и в специальных трубках (например, кроссатрон ). Он имеет более высокое напряжение пробоя, чем водород. В лампах с быстрым переключением он используется вместо водорода там, где требуется работа под высоким напряжением. Для сравнения: тиратрон CX1140 с водородным наполнением имеет номинальное анодное напряжение 25 кВ, а тиратрон с дейтериевым наполнением и в остальном идентичный CX1159 - 33 кВ. Кроме того, при одном и том же напряжении давление дейтерия может быть выше, чем давление водорода, что позволяет увеличить скорость нарастания тока до того, как он вызовет чрезмерное рассеяние на аноде. Достигаются значительно более высокие пиковые мощности. Однако его время восстановления примерно на 40% меньше, чем у водорода.
Газоразрядные трубки для благородных газов; слева направо: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон Благородные газы часто используется в лампах для разных целей, от освещения до переключения. В переключающих трубках используются чистые благородные газы. Тиратроны, заполненные благородным газом, имеют лучшие электрические параметры, чем тиратроны на основе ртути. Электроды повреждаются высокоскоростными ионами. Нейтральные атомы газа замедляют ионы из-за столкновений и уменьшают энергию, передаваемую электродам за счет столкновения ионов. Газы с высокой молекулярной массой, например ксенон, защитите электроды лучше, чем более легкие, например неон.
Другие газы в газоразрядных трубках; слева направо: водород, дейтерий, азот, кислород, ртуть В особых случаях (например, высоковольтные переключатели) необходимы газы с хорошими диэлектрическими свойствами и очень высокими пробивными напряжениями. Элементы с высокой степенью электроотрицательности, например, галогены, являются предпочтительными, поскольку они быстро рекомбинируют с ионами, присутствующими в канале разряда. Один из наиболее популярных вариантов - гексафторид серы, используемый в специальных высоковольтных устройствах. Другими распространенными вариантами являются сухой сжатый азот и галоидоуглероды.
Вольт-амперные характеристики электрического разряда в неоне при 1 Торр (130 Па) с двумя плоскими электроды разделены на 50 см.. A: случайные импульсы космического излучения. B: ток насыщения. C: лавина разряд Таунсенда. D: само- устойчивый Таунсендский разряд. E: нестабильная область: коронный разряд. F: субнормальный тлеющий разряд. G: нормальный тлеющий разряд. H: аномальное свечение разряд. I: нестабильная область: переход тлеющая дуга. J: электрическая дуга. K: электрическая дуга. Область AD называется темным разрядом; есть некоторая ионизация, но ток ниже 10 микроампер, и при этом не возникает значительного количества излучения.. Область DG показывает отрицательное дифференциальное сопротивление. Область FH представляет собой область свечения разряд; плазма излучает слабое свечение, которое занимает почти весь объем трубки; большая часть света излучается возбужденными нейтральными атомами.. Область I-K - это область дугового разряда; плазма концентрируется в узком канале по центру трубки; производится большое количество излучения. Основным механизмом является таунсендовский разряд, который представляет собой постоянное размножение потока электронов за счет удара ионов при достижении критического значения напряженности электрического поля для плотности газа. По мере увеличения электрического поля встречаются различные фазы разряда, как показано на прилагаемом графике. Используемый газ существенно влияет на параметры трубки. Напряжение пробоя зависит от состава газа и расстояния между электродами; зависимости описываются законом Пашена.
Давление газа может находиться в диапазоне от 0,001 до 1000 Торр (0,13–130 000 Па); Чаще всего используется давление в пределах 1–10 торр. Давление газа влияет на следующие факторы:
Чем выше определенное значение, тем выше давление газа, тем выше напряжение зажигания. Для зажигания ламп высокого давления может потребоваться импульс в несколько киловольт в холодном состоянии и при низком давлении газа. После нагревания, когда летучее соединение, используемое для излучения света, испаряется и давление увеличивается, повторное зажигание разряда требует либо значительно более высокого напряжения, либо снижения внутреннего давления за счет охлаждения лампы. Например, многие натриевые лампы нельзя повторно зажечь сразу после выключения; они должны остыть перед тем, как снова загореться.
Газ имеет тенденцию расходоваться во время работы трубки в результате нескольких явлений, которые вместе называются очистка . Атомы или молекулы газа адсорбируются на поверхности электродов. В высоковольтных трубках ускоренные ионы могут проникать в электродные материалы. Новые поверхности, образованные распылением электродов и нанесенные, например, на внутренние поверхности трубки также легко адсорбируют газы. Неинертные газы также могут химически реагировать с компонентами трубки. Водород может диффундировать через некоторые металлы.
Для удаления газа в вакуумных трубках используются геттеры. Для пополнения запасов газа в газонаполненных трубках используются пополнители . Чаще всего используются пополнители с водородом; В трубке присутствует нить, изготовленная из поглощающего водород металла (например, циркония или титана), и путем регулирования ее температуры регулируется соотношение абсорбированного и десорбированного водорода, что приводит к регулированию давления водорода в трубке. Металлическая нить накала действует как накопитель водорода. Этот подход используется, например, в водородные тиратроны или нейтронные трубки. Использование насыщенных паров ртути позволяет использовать бассейн жидкой ртути в качестве большого хранилища материала; атомы, потерянные при очистке, автоматически восполняются за счет испарения большего количества ртути. Однако давление в трубке сильно зависит от температуры ртути, которую необходимо тщательно контролировать.
В больших выпрямителях используются насыщенные пары ртути с небольшим количеством инертного газа. Инертный газ поддерживает разряд, когда трубка холодная.
Вольт-амперные характеристики ртутного дугового клапана сильно зависят от температуры жидкой ртути. Падение напряжения при прямом смещении уменьшается примерно с 60 вольт при 0 ° C до несколько выше 10 вольт при 50 ° C, а затем остается постоянным; напряжение пробоя обратного смещения («обратная дуга») резко падает с температурой: от 36 кВ при 60 ° C до 12 кВ при 80 ° C и даже меньше при более высоких температурах. Поэтому рабочий диапазон обычно составляет 18–65 ° C.
Газ в трубке должен быть чистым для поддержания желаемых свойств; даже небольшое количество примесей может резко изменить параметры трубки; присутствие неинертных газов обычно увеличивает напряжения пробоя и горения. Присутствие примесей можно наблюдать по изменению цвета свечения газа. Воздух, попадающий в трубку, вводит кислород, который очень электроотрицателен и препятствует образованию электронных лавин. Это делает выделения бледными, молочными или красноватыми. Следы паров ртути светятся голубоватым светом, затемняя исходный цвет газа. Пары магния окрашивают разряд в зеленый цвет. Чтобы предотвратить газовыделение компонентов трубки во время работы, перед заполнением газом и герметизацией требуется прогрев. Для качественных трубок требуется тщательная дегазация; Даже всего 10 торр (≈1 мкПа) кислорода достаточно для покрытия электродов слоем мономолекулярного оксида за несколько часов. Неинертные газы можно удалить подходящими геттерами. для ртутьсодержащих трубок должны использоваться геттеры, которые не образуют амальгамы с ртутью (например, цирконий, но не барий ). Катодное напыление может быть специально использовано для получения неинертных газов; в некоторых эталонных трубках для этой цели используются катоды из молибдена.
Чистые инертные газы используются там, где разница между напряжением зажигания и напряжением горения должна быть высокой, например в коммутационных трубках. Пробирки для индикации и стабилизации, где разница должна быть меньше, как правило, заполняют смесями Пеннинга ; меньшая разница между напряжениями зажигания и горения позволяет использовать меньшее напряжение источника питания и меньшее последовательное сопротивление.
Люминесцентное освещение, лампы CFL, ртутные и натриевые газоразрядные лампы и лампы HID представляют собой газонаполненные трубки, используемые для освещения.
Неоновые лампы и неоновые вывески (большинство из которых в наши дни не на основе неона) также представляют собой газонаполненные трубки низкого давления.
Специализированные исторические трубочные устройства низкого давления с газонаполненными трубками включают трубку Никси (используется для отображения цифр) и Decatron (используется для подсчета или разделения импульсов, с отображение как второстепенная функция).
Ксеноновые лампы-вспышки представляют собой газонаполненные трубки, используемые в камерах и стробоскопах для получения ярких вспышек света.
Недавно разработанные серные лампы также являются газонаполненными трубками в горячем состоянии.
Поскольку напряжение зажигания зависит от концентрации ионов, которая может упасть до нуля после длительного периода бездействия, многие трубки настроены на наличие ионов:
Некоторые важные примеры включают тиратрон, krytron, и игнитронные лампы, которые используются для коммутации токов высокого напряжения. Специализированный тип газонаполненной трубки, называемый газоразрядной трубкой (GDT), изготавливается для использования в качестве устройств защиты от перенапряжения для ограничения скачков напряжения в электрических и электронных цепях.
Эффект триггера Шмитта области отрицательного дифференциального сопротивления может быть использован для реализации таймеров, релаксационных генераторов и цифровые схемы с неоновыми лампами, триггерные лампы, релейные лампы, декатроны и никси-лампы.
Тиратроны также могут использоваться в качестве триоды, запуская их ниже напряжения зажигания, что позволяет им усиливать аналоговые сигналы как самозатухающий сверхрегенеративный детектор в приемниках радиоуправления.
Помимо никсидных трубок были и специальные неоновые лампы:
Горячий катод, газоразрядные шумовые диоды были доступны в обычных радиоприемниках. трубка, стеклянные оболочки для частот до UHF и длинные тонкие стеклянные трубки с обычным байонетным креплением лампы для нити накала и анодом верхней крышкой, для частот СВЧ и диагональной вставки в волновод.
Они были заполнены чистым инертным газом, таким как неон, поскольку смеси содержали выходная температура зависит. Напряжение горения у них было ниже 200 В, но для зажигания требовалась оптическая подкачка 2-ваттной лампой накаливания и скачок напряжения в диапазоне 5 кВ.
Один миниатюрный тиратрон нашел дополнительное применение в качестве источника шума при работе в качестве диода в поперечном магнитном поле.
В середине 20-го века обычно использовались лампы регулятора напряжения.
Катодное распыление используется в сумматоре времени, счетчике прошедшего времени на основе кулонометра на основе паров металла, где распыленный металл осаждается на элемент коллектора, сопротивление которого поэтому медленно уменьшается.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Газоразрядная трубка и Газоразрядные лампы. |
