Описание ГР с помощью вольтамперной характеристики (ВАХ)

Когда нет надобности в аналитическом описании ГР, то процесс протекания тока в цепи ГР можно характеризовать экспериментально измеренной зависимостью тока ГР от напряжения на газоразрядном промежутке. Этот способ называется методом вольт- амперной характеристики (ВАХ).

Пусть для разрядной цепи, изображенной на рис. 5, имеет место экспериментальная кривая ВАХ U (I), представленная на рис. 6. Тогда для этой цепи, согласно второго закона Кирхгофа (1.б), справедливо уравнение для ВАХ

Uр =E-R I(1.7)

ВАХ ГР устанавливает связь между U и I, но ничего не говорит о их конкретных значениях, т.е. тех значениях, которые соответствуют стационарной плазме. Эти конкретные

Рис.6 рис.7

значения (рабочая точка а) зависят не только от вида ВАХ, но и от параметров внешней цепи R и Е, а поэтому рабочая точка определяется как точка пересечения кривой ВАХ и функции (1.7). Эту функцию (1.7) иногда называют нагрузочной характеристикой.

Заданному значению R здесь соответствует рабочая точка а ,а заданному значению R > R — другая рабочая точка a . Таким образом, рабочие значения напряжения и тока при постоянном значении ЭДС источника можно изменять путем изменения R . Но если R постоянно, то их можно изменять путем изменения ЭДС источника (рис. 7).

Одним из важных понятий при описании ГР с помощью ВАХ является понятие устойчивости рабочей точки. Под этим понимают возможность длительного поддержания ГР в этой точке. Из общих соображений ясно, что рабочие точки на возрастающем участке ВАХ (в нашем случае это точки а и a ) являются устойчивыми. Действительно, согласно нагрузочной характеристике, случайное увеличение тока вызывает уменьшение напряжения, что смещает рабочую точку вниз, в сторону меньших токов, и напротив, его случайное уменьшение вызывает увеличение напряжения, что смещает рабочую точку вверх по кривой ВАХ. Поэтому область dU /dI является областью устойчивых рабочих точек.

Как измерить ВАХ? Для этого изменяют R , оставляя Е постоянным, либо изменяют Е, оставляя Rb постоянным (рис. 6 и 7), и измеряют соответствующее значение U и I . Но при этом, вообще говоря, вид ВАХ зависит от режима изменения R или Е. Если после каждого изменения R или Е в цепи устанавливается стационарная картина (рабочая точка),

то все рабочие точки фиксируются на некоторой кривой ВАХ, называемой стационарной или статистической ВАХ Качественный вид этой кривой показан на рис.8.

Поддержание ГР на участке ОАВСД требует использования дополнительного внешнего источника ионизации газа. Такой ГР называют несамостоятельным.

Поддержание ГР правее точки Д не требует дополнительного источника ионизации. Для его возбуждения достаточно приложить только внешнее напряжение. Такой разряд называют самостоятельным.

Рис. 8

Различные участки ВАХ соответствуют различным режимам ГР. :

ОА — линейный участок;

ВС — режим насыщения тока несамостоятельного ГР;

СД — режим усиления тока несамостоятельного ГР;

ДЕ - темный разряд (таунсендовский ГР);

FG — нормальный тлеющий разряд;

GН — аномальный тлеющий разряд;

НКL — дуговой разряд;

Участки АВ и EF — переходные режимы.