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电源适配器电弧特性

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电源适配器电弧特性

    本文将对电源适配器气体中的电弧特性做更深一步的讨论。虽然这并不一定有必要,但对一个设计电源适配器镇流器的工程师在某些时候做出的某些决定还是很有参考价值的。对气体导电特性的集中研究始于19世纪。这也导致了人们对电子的属性和本质的深入了解,以及对原子结构的初步认识和X射线在医用诊断上的运用。
帕邢在1889年研究了在空气中的一对电极之间,直流击穿电压和气体压力的函数关系。他采用的球形电极的直径远大于两个电极之间的距离,这就避免了在尖端或边缘附近产生很高的电压梯度。他得出的结论,也就是著名的帕邢曲线,如图16。6所示。当两个电极之间相隔0。3~0。5cm时,在一个大气压下击穿电压接近于1000V。随着气压的下降,击穿电压将会持续下降到300V左右的最低点,之后又迅速上升。其他气体也表现出相同的特性,只是最低击穿电压点的临界气压有所不同。


    帕邢定律为上文提到的现象提供了一个实验解释,即碰撞电离。在高气压下,原子之间的平均距离(即平均自由程)很小。这样,当一个电子或正离子被电场加速到足够大的速度去电离一个中性原子之前,就会和其他原子相碰撞。随着气体压力的下降,平均自由程将加大,电子或正离子就会在碰撞前通过一段更长的距离进行加速,从而积累了足够的速度。在最终碰撞时,它们就拥有足够的能量去电离原子,这样便产生了载流子的雪崩效应,从而引发了电弧。

电源适配器在直流电压下的电弧特性
    早在19世纪末,物理学家们就研究了在直流电压下电极电弧放电的可见光特性。他们早期的实验,将冷发射的固体电极放在玻璃灯管的两端,然后将一个几百伏的高压通过一个限流电阻加到电极的两端。
    当管内的气压下降到足够低时,他们观测到亮暗相间的区域从阴极延伸到阳极,如图所示。从阴极附近开始,首先可以看到一小段发光的区域CG,紧接着是一段很长的黑暗隔离区CDS,再接着是一段更长的发光区NG,随后是一段等长的黑暗区FDS,在其之后靠近阳极的则是一段亮暗交替的光带PC。这些区域就顺序命名为阴极光区(CG)、克鲁克斯( Crookes)黑暗区(CDS)、负极光区(NG)、法拉第黑暗区(FDS),以及正弧柱区(PC)。


对以上现象可做如下解释。
     随着压力降低到接近帕邢曲线上压力的最低点时,杂散的自由电子(它们是由字宙射线或阴极的高电压梯度产生的)被加速到获得足够的能量使中性气体原子电离。由此电离出的正离子,因质量较大,移动得不是很快,不会远离阴极,因此就会在此处建立一个正的电荷区,并在阴极附近形成一个高的电压梯度。这个电压梯度,即现在所称的阴极压降会加速正离子往阴极上撞击,从而使阴极发射出一些电子。
     当靠近阴极的中性或电离的汞原子被足够大能量的电子轰击时,它们原子内的一些电子就会吸收这些能量而跃迁到更高能级的轨道上。当这些电子再次跃迁回它们的初始轨道时就会在CG区域发出可见光。
     在CG区的外部边缘,所有的电源适配器电子在向阳极运动的途中耗尽了它们的能量,从而速度降下来,这样它们就没有足够的能量去激发那些中性原子达到更高的能态。在通过CDs区后,这些电子又重新被加速,在NG区的边缘,它们又重新获得能激发中性原子达到更高能态的能量,在通过NG区时因被激发的中性原子中的电子又重新返回初始轨道,而又会在NG区发出可见光。而游离的电子通过FDS区时,由于它们又耗尽了能量而无法再去激发那些中性原子达到更高的能态,因此又形成暗区。
     在PC区的始端,又有了一段亮区。随后在整个P区,暗与亮交替出现。黑暗区是电子加速段,而光亮区则是电子有足够的能量去激发原子使之发出可见光的区域。大多数施加在电极上的电压主要降落在这一段其长度占灯管总长度的80%~90%。

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| 发布时间:2019.03.14    来源:电源适配器厂家
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