CZ20021012A3 - Výbojka s nežhavenou katodou - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká výbojky s nežhavenou katodou, kde je buzení výboje mezi elektrodami řešeno na novém principu.

Dosavadní stav techniky

Dosud známý způsob buzení výboje mezi elektrodami využívá emise elektronů katodou především buď sekundární emisí nebo termoemisí. Obvykle se jedná o samostatný výboj. Životnost katody, která je emisí opotřebovávána, omezuje zásadním způsobem životnost celé výbojky. Výboj je možno podle současného stavu techniky budit také indukčně. Zařízení pro buzení takového výboje je nákladné. Konstrukce indukčně buzené výbojky je značně ovlivněna nutností omezení ztrát v budicích magnetických obvodech. Zvláště délka výbojové dráhy a tlak náplně jsou limitovány ekonomickými hledisky. Provoz je vždy spojen s rušivým elektromagnetickým vyzařováním, jehož omezování je nákladné a limitující pro uspořádání výbojky.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody významně omezuje výbojka s nežhavenou katodou tvořená trubicí naplněnou plynem nebo parami, uvnitř které je umístěna anoda a nežhavená katoda, mezi nimiž je připojen stejnosměrný napájecí zdroj. Podstatou nového řešení je, že trubice se v blízkostí nežhavené katody rozvětvuje a vnitřní prostor rozvětvených částí vytváří uzavřený okruh obepínající plochu, kterou prochází budicí feromagnetické jádro s budicím vinutím připojeným k budicímu generátoru. Budicí feromagnetické jádro vytváří uzavřený magnetický obvod. Současně toto budicí feromagnetické jádro obepíná plochu, kterou prochází uzavřený okruh. Elektrický potenciál anody je vyšší než elektrický potenciál katody.

♦ V • · ♦ • ♦ · · • « 4 · « · · · · »··· ·· ·· ··

Ve výhodném provedení lze mezi anodou a indukčním okruhem umístit nejméně jednu rekombinační elektrodu, jejíž elektrický potenciál je nižší než elektrický potenciál anody.

Lze tedy říci, že je v podstatě vytvořena výbojka, která má virtuální katodu. Nesamostatný výboj se zde uskutečňuje mezi anodou a katodou, mezi kterými protéká stejnosměrný proud, a to tak, že z plazmatu vytvářeného indukčním buzením v uzavřeném okruhu difundují na katodu kladné ionty, zatímco směrem k anodě proudí elektrony, které vyvolávají při svém převážně chaotickém tepelném pohybu excitaci atomů a také jejich ionizaci v míře potřebné pro kompenzaci ambipolární difúze a rekombinace.

Předností předloženého řešení výbojky s nežhavenou katodou je možnost buzení nesamostatného výboje při minimálním opotřebení katody, na které navíc nedochází k tzv. katodové ztrátě spojené s emisí elektronů. Nesamostatný výboj přitom není zdrojem rušivého elektromagnetického pole. Při napájení nesamostatného výboje vyhlazeným stejnosměrným napětím je excitace v jeho plazmatu v čase rovnoměrná. Výkon dodávaný do uzavřeného okruhu budicím generátorem je menší než u běžné indukční výbojky a konstrukce budicího generátoru je i s ohledem na menší nároky na energetickou účinnost méně nákladná. Uzavřený okruh je malý a může být i elektricky stíněn, vyzařuje tedy méně rušivé elektromagnetické energie než běžná indukčně buzená výbojka. Velikost elektrického proudu protékajícího mezi anodou a katodou je v širokém rozsahu napětí mezi anodou a katodou na tomto napětí nezávislá a k napájení nesamostatného výboje lze přímo použít napěťový zdroj.

Přehled obrázků na výkrese

Provedení výbojky podle předkládaného řešení je blíže objasněno na příkladu pomocí přiloženého výkresu. Na obr. 1 je znázorněn jeden příklad konstrukce výbojky. Na obr. 2 je znázorněn příklad obdobné konstrukce doplněné rekombinační elektrodou.

• 9 • 9 «* 9« ·» »··*

9 4 9 4 4 4

4 4 4 4 4

4 4 4 ·· · • 4 9 9 4 4 4 «444 44 ·4 94 ·

4

9 4

4444

Přiklad provedení vynálezu

Výbojka podle obr.1 tedy sestává z elektricky nevodivého pláště tvořeného trubicí 6 s uzavřeným okruhem 9, který je svou podstatou vlastně indukčním okruhem, a naplněného plynem nebo parami. Uvnitř trubice 6 je umístěna anoda 1 a nežhavená katoda 2, dále v tomto textu označovaná pouze jako katoda 2. Elektrický potenciál anody 1 je vyšší než elektrický potenciál katody 2. Trubice 6 se v blízkosti katody 2 rozvětvuje a vnitřní prostor těchto rozvětvených částí vytváří uzavřený okruh 9 ve formě prstence. V daném příkladě toto rozvětvení následně opět přecházejí zpět v trubici 6. Rozvětvené části obepínají tak plochu, kterou je provlečeno budicí feromagnetické jádro 4, například dvoudílné toroidní feritové jádro, naznačené na obrázku v řezu. Toto feromagnetické jádro 4 tvoří uzavřený magnetický obvod a je ovinuto budicím vinutím 5 připojeným k budicímu generátoru. Současně pak toto budicí feromagnetické jádro 4 obepíná plochu, kterou prochází uzavřený okruh 9.

Výbojka pracuje tak, že budicím vinutím 5 protéká střídavý proud z generátoru, jehož připojení není na výkrese naznačeno. V uzavřeném okruhu 9 je indukčně buzen bezelektrodový výboj 3. Z plazmatu bezelektrodového výboje 3 na katodu 2 difundují kladné ionty a na této katodě 2 dochází k jejich rekombinaci. Od katody 2 k bezelektrodovému výboji 3 pak proudí zpět neutrální atomy nebo molekuly podle použité náplně. Z plazmatu bezelektrodového výboje 3 jsou také anodou 1 přitahovány a urychlovány elektrony, které cestou k anodě 1 mohou excitovat nebo ionizovat neutrální částice nebo mohou rekombinovat s kladnými ionty, čímž vzniká v trubici 6 nesamostatný výboj 7. Na konci trubice § jsou elektrony pohlcovány anodou 1 a mezi oběma elektrodami tak teče elektrický proud.

Výbojka podle obrázku 2 je vytvořena stejně jako v příkladu na obr. 1 pouze stím rozdílem, že podle parametrů výboje lze s výhodou umístit mezi anodu 1 a uzavřený okruh 9 také nejméně jednu rekombinační elektrodu 8 odčerpávající z nesamostatného výboje kladné ionty. V uzavřeném okruhu 9 je indukčně buzen bezelektrodový výboj 3. Z plazmatu bezelektrodového výboje 2 na katodu 2 difundují kladné ionty a na katodě 2 dochází k jejich rekombinaci. Od katody 2

9 • 9 9 k bezelektrodovému výboji 3 pak proudí zpět neutrální atomy nebo molekuly podle použité náplně. Z plazmatu bezelektrodového výboje 3 jsou také anodou 1 přitahovány a urychlovány elektrony, které cestou k anodě 1 mohou excitovat nebo ionizovat neutrální částice nebo mohou rekombinovat s kladnými ionty, čímž vzniká v trubici 6 nesamostatný výboj 7, Na konci trubice § jsou elektrony pohlcovány anodou i a mezi oběma elektrodami tak teče elektrický proud. Kladné ionty u konce kladného sloupce v trubici 6 protějšího k anodě 1 difunduji na rekombinační elektrodu 8. Elektrický potenciál rekombinační elektrody 8 je nižší než anody 1. Mezi anodou 1 a rekombinační elektrodou 8 tak teče elektrický proud kladného sloupce nesamostatného výboje a mezi anodou 1 a katodou 2 teče elektrický proud potřebný pro udržení nesamostatného výboje.

Tato popsaná základní uspořádání lze různým způsobem modifikovat s tím, že umístění uzavřeného okruhu 9 na trubici 6 může být různé při zachování podmínky blízkosti katody 2 a funkce uzavřeného okruhu 9 jako okruhu indukčního.

Zapálení indukčního výboje lze s výhodou usnadnit střídavým elektrickým polem mezi elektrodami umístěnými vně indukčního okruhu 9 a připojenými k budicímu nebo pomocnému vinutí budicího feromagnetického jádra 4.

Zapálení nesamostatného výboje lze s výhodou usnadnit střídavým elektrickým polem mezi elektrodami umístěnými vně trubice 6 a připojenými k budicímu nebo pomocnému vinutí budicího feromagnetického jádra 4.

Je-li výboj buzen v parách, jejichž tlak je pro optimální pracovní podmínky výboje vhodné stabilizovat, je s výhodou možné zapojit do série s budicím vinutím magnetizační vinutí stabilizačního feromagnetického obvodu, který je navržen tak, aby střídavou magnetizací došlo kjeho ohřevu na tzv. Curieovu teplotu. Feromagnetický obvod by měl být umístěn v tzv. chladném bodě výbojky nebo např. tak, aby byl tepelně spojen s amalgámem, jedná-li se o výboj ve rtuťových parách. Použitý feromagnetický materiál musí mít vhodnou Curieovu teplotu.

• v 9 9* 9 • 9

9« ♦ 9 · · 9 9 · 9

999 99 9 99 9 • 9 999 9 999 9 9

99 9999 999 • •99 99 99 ·· 99 ····

Průmyslová využitelnost

Uvedená výbojka s nežhavenou katodou podle vynálezu je zejména vhodná pro použití v technice reklamních trubic, uskutečňuje-li se výboj například v čistém kryptonu s tlakem řádu desítek Pa nebo v jiném plynu, který také při běžné konstrukci trubice rychle rozprašuje katodu.

• 4 4 • 4 »· ·4 4·4· • · 4 4 4 · • * · 44« 4 4 · • 4 444 4 4 4 4 4 4

4· 4444 444

4444 44 44 «4 44 4444

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Výbojka s nežhavenou katodou tvořená trubicí naplněnou plynem nebo parami, v níž je umístěna anoda a nežhavená katoda, mezi něž je připojen stejnosměrný napájecí zdroj, vyznačující se tím, že trubice (6) se v blízkosti nežhavené katody (2) rozvětvuje a vnitřní prostor rozvětvených částí vytváří uzavřený okruh (9) obepínající plochu, kterou prochází budicí feromagnetické jádro (4) s budicím vinutím (5) připojeným k budicímu generátoru, kde budicí feromagnetické jádro (4) vytváří uzavřený magnetický obvod a současně toto budicí feromagnetické jádro (4) obepíná plochu, kterou prochází uzavřený okruh (9), přičemž elektrický potenciál anody (1) je vyšší než elektrický potenciál katody (2).
2. 2. Výbojka podle nároku 1 vyznačující se tím, že mezi anodou (1) a indukčním okruhem (9) je umístěna nejméně jedna rekombinační elektroda (8), jejíž elektrický potenciál je nižší než elektrický potenciál anody (1).