气体放电管简介.doc

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第 PAGE 8 页 共 NUMPAGES 8 页 气体放电管简介 气体放电管是一种间隙式的防雷保护元件,它在通信系统的防雷保护中已获得了广泛应用。放电管常用于多级保护电路中的第一级或前两级,起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用。由于放电管的极间绝缘电阻很大,寄生电容很小,对高频电子线路的雷电防护具有明显的优势。放电管保护特性的不足之处在于其放电时延较大,动作灵敏度不够理想,对于波头上升陡度较大的雷电波难以有效地抑制。为了改善放电管的保护特性,先进的制造工艺正应用于放电管新型产品的开发中,随着保护特性的不断改善,放电管在电子设备与电子系统防雷保护应用中的适应性正在增强。 结构简介 放电管的工作原理是气体放电。当放电管两级之间施加一定压力时,便在极间产生不均匀电场,在此电场作用下,管内气体开始游离,当外加电压增大到使极间场强超过气体的绝缘强度时,两极之间间隙将放电击穿,由原来的绝缘状态转化为导电状态,导通后放电管两极之间的电压维持在放电弧道所决定的残压水平,这种残压一般很低,从而使得与放电管并联的电子设备免受过电压的损坏。 早期的放电管是以玻璃作为管子的封装外壳,现已改用陶瓷作为封装外壳,放电管内充入电器性能稳定的惰性气体(如氩气和氖气等),放电电极一般为两个、三个或五个,电极之间由惰性气体隔开。按电极个数的设置来划分,放电管可分为二极、三极和五极放电管。图1给出了一个陶瓷二极放电管的结构示意图,它由纯铁电极、镍铬钴合金帽、银铜焊帽和陶瓷管体等主要部件构成。管内放电电极上涂敷有放射性氧化物,管内内壁也涂敷有放射性元素,用于改善放电特性。放电电极主要有针形和杯形两种结构,在针形电极的放电管中,电极与管体壁之间还要加装一个圆筒热屏,该热屏可以使陶瓷管体受热趋于均匀,不致出现局部过热而引起管断裂。热屏内也涂敷放射性氧化物,以进一步减小放电分散性。在杯形电极的放电管中,杯口处装有钼网,杯内装有铯元素,其作用也是减小放电分散性。图-2给出了一个三极放电管的结构示意图,它也是由纯铁电极、镍铬钴合金帽、银铜焊帽和陶瓷管体等主要部件构成。与二极放电管不同,在三极放电管中增加了镍铬钴合金圆筒,作为第三电极,即接地电极。五极放电管的主要部件与二、三极放电管基本相同,它具有较好的放电对称性,可适合于多线路的保护。 银铜焊帽 2 银铜焊帽 2—金属管帽 接地电极 4—电极引线 5—陶瓷管 陶瓷管 2 陶瓷管 2—银铜焊帽 3—金属管帽 图2 三级放电管结构示意图图1 陶瓷二级放电管结构示意图 图2 三级放电管结构示意图 图1 陶瓷二级放电管结构示意图 伏安特性 气体放电管的伏安特性通常与管子的哪些电极间施加什么极性的电压没有关系。现以一个直流放电电压为150V的二极放电管为例,(其伏安特性如图3所示),来说明放电管伏安特性的基本特征。图3是按电子元件伏安特性的惯用画法,即以电压为自便量,画作横坐标;以电流为应变量,画作纵坐标。由于电流的范围很大,其变化常达几个数量级,所以电流用对数坐标表示。 在图3所示的伏安特性上,当逐渐增加两电极间的电压时,放电管在A点放电,A点的电压称为放电管的直流放电电压。在A到B之间的这段伏安特性上,其斜率(即动态电阻du/di)是负的,称为负阻区。如果200V的直流电压源经1MΩ的电阻加到放电管上,放电管即工作在此区间,这时的放电具有闪变特征。BC段为正常辉光放电区,在此区间内电压基本不随电流而变,当辉光覆盖整个阴极表面时,电流再增加,电压也不增加。CD段称为异常辉光放电区。直流放电电压为90V~300V放电管,其辉光放电区BD的最大电流一般在0.2A~1.5A之间。当电流增加到足够大时放电E点突然进入电弧放电区,即使是同一个放电管,放电由辉光转入电弧时的电流值也是不能精确重复的。在电弧放电时,处在电场中加速了的正离子轰击阴极表面,阴极材料被溅射到管壁上,阴极被烧蚀,使间隙距离增加,管壁绝缘变坏。在采用合适的材料后,放电管可以做到导通10KA、8/20μs电流数百次。在电弧区,放电管两端的电压基本上与通过的电流无关,在管内充以不同的惰性气体并具有不同的电压电弧压降常在10V~30V。管子工作在电弧区就可以将电压箝制在较低的水平,从而达到过电压保护的目的。当电流下降到比开始燃弧(E点)的数值低的电弧熄灭电流值(F点)时,放电由电弧转为辉光,电弧熄灭电流通常在0.1A~0.5A。 图3 直流放电电压为150V的放电管伏安特性 图3 直流放电电压为150V的放电管伏安特性 按照过电压保护的要求,在过电压作用下放电后,放电管应能自动恢复到非导通状态,否则在电弧区的续流可能会烧坏管子,甚至使通过续流的导线或电源也受到损坏。在辉光区,毫安级的续流长期流过,也会使放电管损坏。因此,系统中加在放电管两端的系统

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