Bu cihazların işi qazlarda elektrik boşalması hadisəsinə əsaslanır. Cərəyanın yaranması həm elektronların, həm də qaz mühitinin ionlarının hesabına baş verir.
Quruluş cəhətcə bu cihazlar elektrovakuum cihazlarına yaxındır, onlarm təsirsiz qazlarla doldurulmuş hermetik balonun içərisində yerləşdirilmiş elektrodlardan ibarət olur. Boşalmanın növünə görə bu cihazlar iki yerə bölünür:
l)
müstəqil boşalmalı (soyuq katodlu) cihazlar; 2) qey- ri-müstəqil boşalmalı (közərdilən katodlu) cihazlar.
Müstəqil boşalmanı əldə etmək və saxlamaq üçün kənar emissiya mənbəyi tələb olunmur.
Qeyri-müstəqil boşalmanın (boşalmanın mexanizminə 2-ci fəsildə baxılır) əldə edilməsi və saxlanılması üçün lazımi gərginlikli elektrik sahəsindən başqa emissiya mənbəyi (termokatod, fotokatod, ionlaşdırıcı şüalanma və s.) tələb olunur.
İon cihazlarında boşalmanı əldə etmək üçün cihazın elektrodlarma mütləq müəyyən gərginlik də vermək lazım--------------------------------------------------------------------------------------------
257
dır. Bu gərginlik közərməni əmələ gətirən yandırma gərginliyi
adlanır və onun qiyməti qazın növündən, təzyiqindən və
elektrodlar arasındakı məsafədən asılı olur. Boşalmanı uzun
müddət saxlamaq üçün isə yanma gərginliyi tələb olunur.
Yanma gərginliyinin qiyməti yandırma gərginliyinin qiymətindən
kiçik olur.
İon cihazlarında cərəyanın ion toplananı çox kiçikdir
və bu da ionların elektronlara nisbətən kiçik yürüklüyə malik
olmasıdır. Buna baxmayaraq müsbət ionların mövcud olması
elektrodlar arasındakı potensialın paylanmasının xarakterini
vakuumlu cihazlara nisbətən kəskin dəyişir (şəkil
ll.lla,b). Burada elektronların yaratdığı mənfi həcmi yük
müsbət ionların yükü ilə kompensasiya olunur və bu da cihazdan
keçən cərəyanın kəskin artmasına gətirib çıxarır.
Qazboşalma aralığında boşalmanın aşağıdakı bir neçə
növü baş verə bilər:
Şəkil 3.1. Qazboşalma aralığında (a) potensialın paylanması
(b) və boşalmanın volt-amper xarakteristikası (c)
25 S --------------------------------------------------------------------------------------------
1) qaranlıq (sakit) boşalma - qeyri müstəqil boşalmadır:
Həcmi yükün sıxlığı az, cərəyan sıxlığı isə bir neçə
mA/sm21 həddində olur. Tətbiq edilən gərginliyin sahəsi
həcmi yükdən asılı olmur və işıqlanma baş vermir. Bu boşalma elektron cihazlarında istifadə olunmur, o, bütün başqa boşalma növlərindən əvvəl mövcud olur;
2)
közərən boşalma-müstəqil boşalmadır, burada qaz kömür közərən kimi işıq saçır. Cərəyan sıxlığı 10A/sm2-ə qədər olur. Həcmi yük elektrodlar arasındakı gərginliyin qiymətinə təsir göstərir, boşalma gərginliyi 10-100 V həddində olur, boşalma ionların zərbəsindən katoddan alman emissiya hesabına saxlanılır. Belə boşalma stabilitronda, ti- ratronda, indikasiya lampalarında və dekatronlarda istifadə olunur;
3)
qövsi boşalma qeyri-müstəqil və müstəqil ola bilər. Cərəyan sıxlığı közərən boşalmadan çoxdur (100 A/sm2-ə qədər). Boşalma közərən katodun termoelektron emissiyası və ya civəli katodun elektrostatik emissiyası hesabına saxlanılır. Gərginlik (10-20V) əsasən katod yaxınlığında olur. Boşalma cərəyanın böyük qiymətində kiçik gərginlik düşküsü və qazm intensiv işıqlanması ilə xarakterizə olunur. Qeyri-müstəqil boşalmalı cihazlarda - civə ventillərində və kino projektorlarında istifadə olunur;
4)
qığılcımlı boşalma qövsü boşalmaya bənzəyir. Qazm yüksək təzyiqində (bir atmosferə qədər) qısa müddətli - impuls xarakterli boşalmadır. Qığılcımda biri-birinin ardınca gələn bir neçə impuls boşalması olur. Belə boşalma dövrələri qısa müddətə bağlamaq üçün istifadə edilən bo- şaldıcılarda istifadə olunur;
5)
yüksək tezlikli boşalma qazda hətta cərəyan keçirən elektrodlar olmayan halda da dəyişən elektromaqnit sahəsinin təsirindən baş verir;
6)
tacvari boşalma-müstəqil boşalmadır və qazda, yüksək təzyiq şəraitində elektronların heç olmasa birinin ucunun iti (kiçik əyrilik radiusuna malik) olduğu halda müşahidə olunur. Bu halda sahə qeyri-həmcins olur və itilənmiş elektrodun - anodun yanında sahə gərginliyi kəskin ar--------------------------------------------------------------------------------------------
259
tır. Boşalma 100-1000 V gərginlikdə baş verir və cərəyanın kiçik qiymətləri ilə xarakterizə edilir. Bu boşalma gərginliyi stabilləşdirən cihazlarda, məsələn tacvarı boşalmalı stabili- tronda istifadə olunur.
Qazboşalması aralılığmm volt-amper xarakteristikasından (şəkil 11.11 c) görünür ki, Ua-nın kiçik (bir neçə volt) qiymətlərində cihazdan kiçik cərəyan (10'17 A/m2 ) axır ( ab hissəsi). Bu cərəyan qaz atomlarının kosmik şüalarla, işıq seli ilə və başqa amillərlə ionlaşması nəticəsində yaranır. Uı gərginliyində bir növ doyma baş verir və onun U2 qiymətinə qədər artırılması cərəyanı çox az artırır (b-s hissəsi), çünki bütün elektron və ion ehtiyatları tükənmiş olur. Gərginliyin sonrakı artması cərəyanı əmələ gətirən elektronların sürətini o qədər artırır ki, onlar toqquşmalar nəticəsində qaz atomlarını ionlaşdıra bilir. Bu halda ikinci ionlaşma hadisəsi baş verir və yaranmış müsbət ionlarla katodun bombardman edilməsi hesabına katodda ikinci emissiya yaranır. Bu iki amil cihazın cərəyanını bir qədər də artırır (s-d hissəsi), a-d hissəsindəki boşalma qeyri-müstəqil xarakter daşıyır, çünki xarici təsirdən baş verən ionlaşma ilə əlaqədardır. Xarici təsir kəsilərsə bu boşalma yox olar.
Gərginlik daha da artırılarsa ikinci ionlaşma və ikinci emissiya sürətlənir və gərginlik yandırma (Uy) gərginliyinə çatanda elə vəziyyət yaranır ki, qazboşalma aralığında elektronların və müsbət ionların selvan artımı baş verir. Qazda boşalmaya katoddan ionların zərbələri nəticəsində vurub çıxarılan elektronların da köməyi olur. Bu halda müstəqil boşalma baş verir və cihaz yanma rejiminə keçir. Yanma vəziyyəti cərəyanın sonrakı artmasında da saxlanılır. Müstəqil boşalmanın xarakteri konkret şəraitdən: elektrodlarm formasından, qazm tərkibindən və təzyiqindən, boşalmanın xarici dövrəsinin parametrlərindən (Ea,R) asılıdır. Müstəqil boşalmada cərəyan selvan artır və onun qiyməti xarici dövrənin parametrləri ilə məhdudlaşır (Ea/R) -dən böyük ola bilməz).
260 --------------------------------------------------------------------------------------------
Еа və R-nin qiymətlərindən asılı olaraq cərəyanın sel- varı artması prosesi xarakteristikanın müxtəlif nöqtələrində başa çatır. Bununla əlaqədar olaraq bir neçə boşalma hadisəsi baş verir: 1) müstəqil qaranlıq boşalma (işçi nöqtə d-e sahəsində olur); 2) keçid vəziyyəti (e-/); 3) normal közərən boşalma (f-g); 4) anomal közərən boşalma (g-Л).
Közərən boşalma adi katod sahəsinin parlaq işıqlanması ilə əlaqədardır. İşıqlanma katod sahəsində intensiv gedən ionlaşma və rekombinasiya proseslərinin nəticəsində baş verir. İşıqlanmanm rəngi qazm növündən asılıdır. Közərən boşalma R-in kiçik qiymətlərində baş verir. Cərəyan 10'3- 10'1 amperə qədər arta bilər, onun selvan artması müqavimətdə gərginlik düşküsünün artmasına və cihaza tətbiq edilən gərginliyin azalmasına gətirib çıxarır. Közərən boşalmada gərginlik düşküsü 10 voltlarla müəyyən edilir və o, yandırma gərginliyinin qiymətindən çox az olur. Bunun səbəbi odur ki, elektrodlar arasındakı sahənin çox hissəsi yüksək dərəcədə ionlaşmış qazla doludur və bu sahədə müsbət ionların və elektronların konsentrasiyası bərabər olan elektriki cəhətdən neytral qazboşalma plazması (cihazların plazmalı adlandırılması məhz bununla əlaqədardır) yaranır ki, plazmada da gərginlik düşküsü çox az olur. Katod yaxınlığında müsbət ionların həcmi yükü elektronların yükündən çox olduğundan burada böyük gərginlik düşküsü almır. Elektrik sahə gərginliyi də artır və bu da ionlaşmanm intensiviliyinə təsir göstərir.
Normal közərən boşalmada demək olar ki, bütün cihazda gərginlik düşküsü sabit olur. Cihazdan axan cərəyan (R-in azalması və Eö-nm artması hesabına) boşalmanın əhatə etdiyi həcmin genişlənməsi (çoxalması) nəticəsində baş verir. Bunu katodun işıqlanmasmı müşahidə etməklə görmək olar. Əvvəlcə işıqlanma yalnız katodun kiçik bir hissəsində baş verir. Cərəyan artdıqca işıqlanma bütün katodu əhatə edir. Cərəyanın Ја1 qiymətində boşalma baş verən sa--------------------------------------------------------------------------------------------
261
hənin genişlənməsi hesabına cərəyanı artırmaq mümkün deyildir və bu halda anomal közərən boşalma (g-h) başlayır.
Anomal közərən boşalmada cərəyanın artması ancaq katod sahəsində cərəyan sıxlığının artırılması hesabına ola bilər ki, bu da cihazdaki gərginlik düşgüsünün artması ilə əlaqədardır. Katod gərginlik düşküsü sahəsində ayrılan güc və katodun temperaturu artır və bunun nəticəsində termo- elektron emissiyası baş verir. Bu yenə də intensiv ionlaşma- ya gətirib çıxarır və cərəyan yenə də selvari artır (h). Bu halda elektrodlar arasında qövs yaranır (qövsi boşalma baş verir).
Cihazın balonunda elektrodlar arasmakı fəzada baş verən proseslər nədən ibarətdir?
Katoddan çıxan və elektrik sahəsi ilə sürətləndirilən elektronlar qazm neytral atomlarını ionlaşdırırlar: nəticədə müsbət ionlar və ikinci elektronlar yaranır (şəkil 11.1 la). Bu proses elektrodlararası sahənin vahid həcmində elektronların və ionların sayı biri-birinə bərabər olana kimi davam edir. Bu halda elektronların və ionların yükləri tarazlaşır (plazma yaranır) və boşalma qövsündə keçiricilərdə olduğu kimi cərəyanın axması üçün şərait yaranır. Plazmada elektronların hərəkəti xaotik olur, lakin onların sürəti elektrik sahəsi boyunca yönəlmiş toplanana da malik olur. Bu sahədə gərginlik düşküsü də kiçik olur. Katod yaxınlığında elektrik sahəsi nəinki elektronları, həm də əks istiqamətdə hərəkət edən ionları sürətləndirir. Onlar katoda dəyib ikinci emissiya yaradırlar və onların enerjisinin böyük qiymətlərində katod əriyə bilər.
Anod sahəsində gedən proseslər elektron cərəyanının anod səthindəki sıxlığından asılıdır.
Əgər anod cərəyanı elektronların pərakəndə cərəyanının sıxlığının anodun səthinə hasilinə bərabər olarsa, onda anodda gərginlik düşküsü yaranmır (şəkil 11.1 \b, 2 əyrisi).
262 --------------------------------------------------------------------------------------------
Əgər anodun sahəsi kiçik olarsa, onda anod plazmaya nisbətən müsbət yüklənir, elektronlar plazmadan anoda axır və elektron seli xarici yükün (R) qiyməti ilə məhdudlaşana qədər artır. Bu halda müsbət gərginlik düşgüsü yaranır (şəkil ll.llb, 1 əyrisi).
Əgər anodun sahəsi böyük olarsa və plazmadan gələn elektronların sayı yükün tələb etdiyindən çox olarsa, anod plazmaya görə mənfi yüklənir (şəkil ll.llb, 3 əyrisi). Anodla plazma arasında müsbət yüklənmiş ion örtüyü yaranır və bu anodda gərginlik düşküsünün işarəsini dəyişir. Anodla örtük arasındakı sahə elektronların plazmadan anoda hərəkətinə əks təsir göstərir.
Bu halda yalnız kinetik enerjisi çox böyük olan elektronlar örtüyü keçib anoda çatırlar və az enerjili elektronlar keriyə-plazmaya qayıdır.
Belə cihaza dəyişən cərəyan verərkən müsbət yarım- dalğanm sonunda qövs sönür, elektronlar və ionlar cihazın divarlarına və elektrodlara diffuziya edirlər və orada rekom- binasiyalar baş verir. Bu proses ani - 0,001 saniyə ərzində baş verir. Polyarlıq dəyişəndə elektrodlar aralığından əks cərəyan axır. Bu cərəyan qövsün sönməsinin sonunda elektrodlar arasında qalan müsbət ionların hərəkəti ilə əlaqədardır. Əks gərginliyin böyük qiymətlərində onların enerjisi artır və bunun nəticəsində anod elektronlar emissiya edə bilər. Bu halda cihaz bir tərəfli cərəyan keçirmə xüsusiyyətini itirir və bu hadisəyə əksinə yandırma deyilir.