触头间的伏安特性分析与优化

假设电路的电压可以从零开始逐渐上升，如图4-10所示，当出现不同的击穿过程时串联电阻可以精细地控制电流，那么这条曲线的发展过程如下：

1）由于空间存在的自然辐射照射在阴极上产生的光电子发射及宇宙射线和紫外线等使气体发生微弱的电离而产生少量带电质点，在气隙的电极间施加电压时，气隙中电流随外施电压的增加而增大，当电压达到一定值时，由外电离因素产生的电子全部被阳极吸收。

2）在一定的电压范围内，当所有的电子都被阳极吸收后，电流出现饱和。如果电流要继续增加超过饱和电流，则需要电子与气体之间发生相互作用或施加更强的电场。

3）随着气隙场强的增大，电子在与气体分子相邻两次碰撞间所积累的动能达到能够产生碰撞电离时，电子与气体的碰撞就产生了更多的电子——离子对，电离出来的电子在电场驱动下又参加到新的碰撞电离过程中，于是电离过程就像雪崩似地增长起来，称为电子崩，电流也相应地有较大的增加，击穿开始了。

4）当电子崩发展到一个临界值D点时，气体被击穿。CD段称为非自持暗放电或汤逊放电。D点是放电从非自持向自持过渡的转变点。在D点以前，若将外致电离源或自然辐射等外界因素去掉，例如采用完善的屏蔽，虽然极间施加电压，放电也将很快熄灭；而在D点以后，即极间施加电压达到击穿电压U_B以后，即使将放电管完全屏蔽，放电也能靠管内的电子崩机制继续发展。在BCD段，虽然发生了电子碰撞过程及电子崩，但放电电流很小（I＜10^-6A），管内气体分子激发很少，放电几乎不发光，也叫暗放电。

5）汤逊击穿开始后，如果放电回路中限流电阻R不太大，放电可迅速地过渡到EF段。这时可以观察到电压U突然下降，电流I突然增大，气体立即发出较强的明暗交替的辉光。在EF段，I增加而U不变，电压通常为几百伏，电流为10^-4～10^-1A，这称为正常辉光放电区域。如果R很大，则气体击穿后，也可能逐渐经过DE段，DE段是很不稳定的过渡区域，只要回路中电流稍有增加，则放电很快向E点以后转移。在辉光放电区，电流继续由电子崩机制维持。电压降主要降落在阴极区域，叫做阴极压降，阴极压降能够维持场致发射及离子轰击产生的二次发射，从而使阴极产生放电所需的电子。辉光区域的特征是电流密度非常稳定，当电流增加时发光区域的面积也随之增加。(www.xing528.com)

6）在辉光放电以后，继续增加电压，则电流会随之上升，这时辉光布满整个电极，阴极还会出现显著的溅射现象，放电进入了反常辉光放电区FG。

7）当放电达到G点，如果将负载电阻减小，当电源功率足够时，会出现电流的第二次迅速增长，而电压降也迅速下降到H点以后，放电进入了弧光放电阶段。GH为反常辉光放电到弧光放电之间的过渡区。

8）弧光放电阶段，这时可以看到极间气体发出耀眼的弧光，在稳定时，电压为十几伏到几十伏，电流为1A到几百安范围，这取决于电源功率和限流电阻的大小。

图4-10 触头间气体击穿以及电弧产生过程的伏安特性