Вплив форми напруги на пробивну напругу газів

Пробій газового проміжку відбувається за час, за який розрядний струм досягає величини, що відповідає зміні знака диференціальної провідності . У загальному випадку час формування пробою містить у собі час статистичного запізнення, рівний інтервалу часу від подачі напруги до появи в проміжку підходящого? ініціюючого електрона, і власне час формування розрядного каналу, що відраховується від моменту появи ініціюючого електрона до досягнення розрядним струмом критичної величини.

Про вплив статистичного часу запізнення на величину пробивної напруги можна судити за даними, наведеним на рис. 11-13, якщо врахувати, що прикладення напруги до проміжку на час, менший часу запізнення, не може привести до пробою.

Статистичний час запізнення різко зменшується при підвищенні тиску газу в проміжку (рис. 18).

Рис. 18. Залежність часу запізнення Рис. 19. Узагальнена вольт-часова ха-

пробою від тиску газу. рактеристика пробою газу.

При цьому час розвитку пробою починає визначатися тільки часом формування розрядного каналу. В області лавинного пробою з умови пробою можна одержати співвідношення

Якщо врахувати, що

d=v_et,

де t - час формування розряду;

v_e =m_eE ,

то одержимо

,

тому що .

При стримерному пробої лавина повинна пройти шлях d, щоб перетворитися в стример, швидкість руху якого істотно вище, що дозволяє знехтувати часом розвитку стримера у порівнянні з часом розвитку лавини. Тоді час формування пробою дорівнює

,

як і в попередньому випадку.

Таким чином повинна існувати узагальнена залежність приведеної пробивної напруженості від добутку tp. Це положення дійсно підтверджується експериментом (рис. 19).

У попередніх міркуваннях малося на увазі, що при імпульсному пробої природа елементарних процесів така ж, що й при пробої постійним струмом. При пробої газових проміжків при змінній напрузі в області високих частот визначальна роль може переходити до інших процесів. Розглянемо трохи докладніше це питання.

Загальний характер залежності пробивної напруги від тривалості періоду випробувальної напруги (рис. 20) істотно відмінний від часової залежності пробивної напруги при імпульсному пробої (див. рис. І9).

Рис. 20. Залежність пробивної напруги від частоти.

Відмінність пояснюється насамперед зміною полярності напруги в проміжку протягом кожного періоду, у зв'язку із чим кожний електрод по черзі відіграє роль то катода, то анода, а напрям руху заряджених часток щораз змінюється на зворотний. Доки період випробувальної напруги значно більший часу прольоту іонів і електронів через проміжок, доти зміна полярності приводить тільки до додаткового симетрування умов у проміжку й зникненню ефекту полярності.

Як тільки період напруги стає співвимірним з часом прольоту позитивних іонів через проміжок, то вони не встигають дійти до катода, і в проміжку починає накопичуватися позитивний об'ємний заряд. Внаслідок порушення цим зарядом рівномірності поля підсилюється процес ударної іонізації в прикатодній області, а величина пробивної напруги знижується. Цей спад пробивної напруги спостерігається в певному діапазоні частот. При подальшому підвищенні частоти (зменшенні періоду) значення пробивної напруги стабілізується внаслідок того, що кулонівське розштовхування й дифузія перешкоджають наростанню густини об'ємного заряду. Однак, коли період випробувальної напруги зрівняється з часом прольоту електронів, останні також не встигають вийти із проміжку і при зміні полярності виступають в ролі ініціюючих. При цьому спостерігається посилена іонізація, і пробивна напруга знижується доти, доки накопичування електронів не урівноважиться їхньою дифузією із проміжку. Потім пробивна напруга знову не залежить від періоду прикладеної напруги. І тільки коли період напруги стає менше часу вільного пробігу, електрони не встигають зіштовхуватися з атомами газу, інтенсивність іонізації знижується, a пробивна напруга росте.

Частоти, що відповідають інтервалам зміни пробивної напруги, залежать від властивостей газу, його густини і довжини проміжку (рис. 21).

Рис. 21. Залежність пробивної напруги газу від довжини проміжку при різних частотах.

Оцінка критичних частот, що відповідають першому й другому зниженню пробивної напруги може бути зроблена в такий спосіб. За чверть періоду позитивні іони пройдуть шлях

Якщо довжина проміжку d< D , то позитивні іони встигають за чверть періоду, що залишилася, рекомбінувати на катоді. При d> D > d/2 позитивний заряд не встигає піти на катод і впливає на розвиток пробою в наступному періоді, а при або позитивний об’ємний заряд накопичується в проміжку протягом ряду періодів.

На із? пробою можуть впливати також статистичне запізнення, дифузія позитивних і утворення негативних іонів, то для? узгодження з експериментом необхідно в попередню нерівність увести ефективну рухливість m_еф , що враховує вплив перелічених факторів. Оцінити її можна за емпіричною формулою

m_еф=2lgf_кр ,

де m_еф в см²/Вс,( розшифровка)

f_кр у кГц.

Тоді зв'язок між критичною частотою, довжиною проміжку й розрядною напруженістю прийме вид

Для другої критичної частоти немає експериментальних даних з ефективної рухливості електронів, тому можливо здійснити тільки її оцінку за формулою (ІІ)? після заміни m₊ на m_еф.