、汤生放电理论与气体击穿要点VIP专享VIP免费

1第五章、汤生放电理论与气体的击穿前面介绍了气体放电中带电粒子的产生与消失的机理，这是气体放电中的两个重要过程。本章将以上述理论为基础，讨论气体放电。气体放电的分类：从维持放电是否必须有外界电离剂分类：①自持放电---外界电离剂存在与否都能正常放电；②非自持放电---只有外界电离剂存在情况下才能正常放电。按放电是否随时间变化可分为：稳态放电和非稳态放电。直流激励下的放电为稳态放电，交流或脉冲激励的放电为非稳态放电。在所有的气体放电中，直流放电是最简单，也是最基本的放电形式，所以本章中主要以直流放电为例来介绍气体放电理论。§5.1直流气体放电的伏-安特性及被激导电一、气体放电的伏-安特性伏-安特性是气体放电的宏观参数，通过气体放电的伏-安特性曲线可以对气体放电过程有一初步认识。测量气体放电伏—安特性曲线的实验装置如图5.1。气体放电管中两电极的间距为50cm，电极极板为面积为10cm2的两平行平面圆形铜极板。充以133Pa(1Torr)Ne气，电源为电压可调的直流电源Ea。通过测量放电管上的电压V1和可变电阻器R上的电压V2及对应R的阻值，就可得到放电电流I=V2/R。改变Ea和R的大小，分别测量出V1和V2，就可得到放电管的V-A特性曲线。由上述装置所得到的V-A特性曲线见图5.2。C50cmA-10cm2+-+V1EaR-+V2图5.1测量伏—安特性曲线的实验装置Ua(V)①②③④⑤⑥⑦⑧800被激导电及自持暗过渡准反常非自持放电区放电区区辉光辉光过渡区600UbBC放电正常辉光放电区放电400D区区紫外线EF弧光200照射H放电G010-2010-1610-1210-510-410-310-210-1110I(A)图5.2伏—安特性曲线2从V-A特性曲线看可以分为八个区域。①非自持放电区AB段：此段也可以被称为被激导电区，特点是放电管电压Ua从0逐渐增高，而放电电流极小（10-18A，微小电流来源于源气体中带有密度很小的带电粒子），几乎没有形成放电。当用紫外线照射放电气体和阴极时，放电电流可以上升到10-16~10-12A量级(紫外线照射气体会引起放电气体的电离，增大气体中的带电粒子浓度；紫外线照射阴极会引起阴极的光电效应，发射光电子；总体效应是增大放电电流)；②自持暗放电区BC段：当放电管电压达到Ub（击穿电压）后，放电就进入了自持暗放电区，此时放电管有微弱的发光。若限流电阻R阻值不大，在此电压情况下，放电极易向E点过渡，转为辉光放电，此段放电电流＜μA。B点称为着火点，Ub称为着火电压；③④过渡区CD段和准辉光区DE段：在限流电阻R不太大的情况下，放电将迅速由C点过渡到E点，即放电管的放电电流急剧增大，电压Ua也迅速下降，该段的特点是aUI；显示为负的V-A特性。⑤正常辉光放电区EF段：特点是放电区发出很强的辉光（放电气体不同，发光的颜色也不同，例如空气或N2气-紫色；Ne-红色），放电电流为mA~几百mA。改变Ea或R，放电管的电压不变，只是放电电流变化(小电流、高电压放电)；⑥⑦反常辉光放电区FG和过渡区GH：在反常辉光放电区，管压降升高，放电电流I也增大，放电所发的光仍为辉光，但不同于正常辉光放电；继续升高管电压至G点，此点非常不稳定，UI,，放电系统马上会过渡到弧光放电区；⑧弧光放电区：特点是发出明亮刺眼的白光，放电属于低电压，大电流放电（A量级）。二、决定气体放电形式的条件决定气体放电形式的条件基本上是放电管内部状态（气体成分、压强、阴极材料、电极形状等，例如：在均匀电场情况下，P=1Torr~几十Torr，一般为辉光放电，而当气压P＞100Torr时，一般为弧光放电或溜光放电；在极不均匀电场情况下，即使气压比较低，也会形成电晕放电或溜光放电）和电器条件（电源电压Ea、限流电阻R），放电管做好后，放电形式完全由电器条件决定。先作出V-A特性曲线，在电压轴上标出电源电压Ea，则放电管的极间电压U=Ea-IR。I---放电电流；R---限流电阻阻值；Ea一定，R也确定，也就确定了放电形式。根据V-A特性曲线和电器条件可以画出负载线图，由负载线图可以确定放电形式。负载线图见图5.3.因为有：tgIUERaa（5-1-1）上式决定了放电形式从负载线图可以看出：①当R=R1(限流电阻很大)，与V-A曲线交于A点，在该条件下，放电属于非自持放电，对应1tg；②当R=R2，与V-A曲线交于B、C、E...