7.6. Газоразрядные приборы с холодным катодом

1.7.6. Дуговые разрядники.

Дуговые разрядники - служат для защиты электрических цепей, схем и других приборов от случайных перенапряжений. Они подключаются параллельно к защищаемому прибору и линии связи (или линии питания). При U<U_a,₃ сопротивление разрядника велико и он практически не влияет на работу прибора. В газовых разрядниках такого типа при напряжении на его электродах U> U_аз сразу возникает дуговой разряд. При этом сопротивление газового разрядника становится малым и он закорачивает прибор, предохраняя его от повреждения.

Рис. 5.6. Внешний вид дугового разрядника.

На рис. 11-6 показан внешний вид дугового разрядника с алюминиевыми плоскими электродами. Такие разрядники, наполненные аргоном, изготовляют на напряжения зажигания от 100 до 500 В, напряжения горения дугового разряда от 8 до 20 В.

2.7.6. Газоразрядные источники света.

Газоразрядные источники света (ГИС) – электровакуумные приборы, предна

а б

в г

д е

ж

Рис.6.6. Внешний вид газоразрядных источников света: а).- Шаровые ксеноновые лампы высокого давления; б). Трубчатые и шаровые лампы сверхвысокого давления;

в).- Металлогалогенные лампы; г). -Ксеноновые трубчатые лампы с водяным охлаждением; д,е). -Импульсные лампы для фотографирования (фотовспышка) и сигнализации. ж). Лампы тлеющего свечения.

значенные для получения оптического излучения в результате электрического разряда в газах, парах вещества или их смесях.

Принцип их действия основан на электрическом разряде между двумя электродами, запаянными в прозрачную для оптического излучения колбу той или иной формы (рис.6.6). Иногда для облегчения зажигания впаивают дополнительные электроды. Внутреннее пространство колбы после удалении воздуха и тщательного обезгаживания лампы (удаление сорбированных в материале колбы и электродах паров воды и других газов при помощи нагрева под откачкой) наполняется определенным газом (чаще всего инертным) до заданного давления или инертным газом и небольшим количеством металла с высокой упругостью паров, например ртутью, натрием. Широкое распространение получили ГИС, в которые кроме инертного газа и ртути вводят галогениды различных металлов.

Существует категория ГИС с электродами, работающими в открытой атмосфере, с разрядом в воздухе и в парах вещества электродов. Это — угольные дуги, в них во время работы расходуется материал электродов. В специальных типах ламп используется разряд в проточном газе. Существуют также газоразрядные лампы с высокочастотным безэлектродным разрядом. Они представляют собой запаянную колбу без электродов, содержащую необходимые газы или пары.

Газоразрядные лампы имеют самую высокую световую отдачу и большой срок службы по сравнению с лампами накаливания, а также могут иметь разнообразные спектры излучения и широкий диапазон значений мощности, яркости и других параметров. В связи с этим находят многочисленное и весьма важное применение во многих отраслях народного хозяйства: в медицине, сельском хозяйстве, кинематографе, составляют основу рекламы, в новой спектральной технике и др., что объясняется особенностями электрического разряда, которые позволяют создавать источники излучения с весьма разнообразным сочетанием параметров. Подбирая соответствующие наполнение и условия разряда, удается создавать высокоэффективные источники излучения практически в любой части не только видимого, но также ультрафиолетового и инфракрасного спектров. При этом можно получать спектры излучения, состоящие из одиночных линий, много линейчатые и непрерывные.

Разряды высокого и особенно сверхвысокого давления имеют высокую яркость, в десятки и сотни раз превосходящую яркость ламп накаливания. Поэтому газоразрядные лампы высокого и сверхвысокого давления применяются в светооптических приборах и установках. Малая инерционность излучения позволяет применять их там, где требуется модуляция излучения, например в бильдтелеграфии, звукозаписи, оптической телефонии. Широкое и весьма разнообразное применение находят импульсные лампы, дающие вспышки излучения исключительно высокой яркости и очень малой длительности. Они применяются в многочисленных приборах и установках для наблюдения и изучения быстродвижущихся частей машин и механизмов (стробоскопы), фотографирования и изучения быстропротекающих процессов, аэрофотосъемки, оптической дальнометрии. Импульсные лампы широко применяются для оптической накачки лазеров.

Недостатком газоразрядных ламп является некоторая сложность их включения в сеть, связанная с особенностями разряда. Для его зажигания требуется более высокое напряжение, чем для устойчивого горения. Для обеспечения устойчивого горения в цепь каждой лампы включается балластное сопротивление, ограничивающее ток разряда требуемыми пределами. Напряжение зажигания зависит от рода газа, наполняющего колбу, его давления, расстояния между электродами, материала и свойств катода. Значительное влияние на U₃ оказывают небольшие, а иногда ничтожные примеси к основному газу.

Другой недостаток газоразрядных ламп с парами металлов обусловлен зависимостью характеристик от их теплового режима, поскольку температура определяет давление паров рабочего вещества лампы. Номинальный режим устанавливается только спустя некоторое время после включения. Этим объясняется наличие периода разгорания у всех ГИС с разрядом в парах. Его длительность определяется временем, необходимым для разогревания колбы и установления теплового режима. Чем выше рабочая температура колбы, тем больше разница между давлением паров металла в работающей и холодной лампе, и тем больше разница между начальными и рабочими характеристиками. Повторное зажигание ламп с разрядом в парах металла при высоком и сверхвысоком давлении без специальных проемов возможно только по истечении некоторого времени после выключения, в течение которого лампа остынет, и давление паров в ней снизится настолько, чтобы она зажигалась по стандартной схеме. Для повторного зажигания горячей лампы необходимо приложить весьма высокое напряжение.

Классифицируют ГИС по составу газов или паров, в которых происходит разряд: 1) в газах; 2) в парах металлов; 3) в парах металлов и их соединений.

По рабочему давлению: 1) лампы низкого давления, от 0,1 до 10 Па; 2) высокого давления, от 310⁴ до 10⁶ Па; 3) сверхвысокого давлении, больше 10⁶ Па.

По виду разряда: 1) дуговой, 2) тлеющий; 3) импульсный разряд.

По области свечения: 1) со столбом; 2) тлеющего свечения.

В зависимости от того, что является основным источником излучения, ГИС делят на: 1) газосветные или паросветные, в которых излучение вызвано возбуждением атомов, молекул или рекомбинацией ионов, 2) фотолюминесцентные, в которых излучение создают люминофоры, возбуждаемые излучением разряда; 3) электродосветные, в которых излучение создается электродами, раскаленными в разряде до высокой температуры. У большинства ГИС 2-го и 3-го типов к основному виду излучения примешивается излучение разряда, поэтому они являются источниками смешанного излучения.

По форме колбы ГИС со столбом подразделяются на: 1) трубчатые или линейные (в цилиндрических колбах). У таких ГИС расстояние между электродами в два раза и более превышает внутренний диаметр трубки (колбы); 2) капиллярные - в трубках с внутренним диаметром меньше 4 мм; 3) шаровые — с расстоянием между электродами, меньшим или равным внутреннему диаметру колбы. По способу охлаждения: с естественным и с принудительным воздушным или водяным охлаждением.

Особенности устройства ГИС различного назначения, их маркировки и рабочих характеристик составляют основную задачу светотехники. В настоящей работе рассмотрен принцип действия только ламп тлеющего свечения, устройство и принцип действия отдельных газоразрядных приборов с холодным катодом.