Плазма газоразрядных источников света низкого давления - Миленин В.М.
ISBN 5-288-00727-6
Скачать (прямая ссылка):
84
Описанная схема коммутации зондового тока может быть рекомендована также при исследовании стационарного разряда, если зондовый ток достигает больших значений (большие разрядные токи). При этом кратковременные включения зонда предохранят его от перегрева и разрушения.
Представляется целесообразным рассмотреть также методику измерения электрокинетичеоких характеристик плазмы,позволяющую объединить коммутацию зондового тока о компенсацией колебаний потенциала плазмы. Использование схемы двух зондов для измерения в условиях "шумящей* плазмы может встретиться с определенными трудностями - два зонда, помещенные в плазму, могут заметно ее возмущать (например в разрядных трубках малого диаметра) или спектр колебаний в точках расположения зондов может быть неидентичным. Уотранить отмеченные недостатки позволяет методика о использованием одного зонда, предложенная в работе [9]. Идея метода (блок-схема приведена на рис2.1,0) овязана о запоминанием блоком 3 амплитуды плазменных колебаний в момент непооредотвенно перед открытием ключа Кл-i и последующей передачей оигнала в измерительную цепь в виде дополнительного к постоянному напряжению смещения на зонде (блок!). Боли за это время мгновенное изменение амплитуды шумового оигнала изменяется незначительно, то во время измерения зонд будет находиться под постоянным потенциалом относительно плазмы, несмотря на колебания потенциала оамой плазмы. Усилитель мощнооти (2), передающий шумовой сигнал в измерительную.цепь, нагружен на малое сопротивление в эондовой цепи. Усиление охемы оде-шия регулируется таким образом, чтобы амплитуда оигнала на ее выходе была равна амплитуде колебаний потенциала плазмы.
Работоспособность описанной охемы проверялась оледую-ом образом. Последовательно о разрядной трубкой включалиоь две вторичные обмотки траноформатора, на первичную обмопог которого подавался игравший роль шумового оигнала гармонический сигнал. В условиях, когда в плазме разряда в смеои паров ртути о аргоном отоутотвуют колебания потенциала про-" отраяотва, измерялась вторая производная эондового тока .Затем в плазме иокуоотвенно создавались колебания потенциала
86
проотранотва и проводилиоь измерения второй производной в двух случаях: 1) без схемы компенсации колебаний и 2) о указанной схемой. Кривые второй производной, полученные в этих
трех случаях, представлені ?з',отн.ед. на рио.^.2. Как видим,гар-
моничеокий шум о амплитудой ~ 6 В и чаототой 1 кГц заметно искажает кривую второй производной зондового тока (оветлые точки). Включение охемы компенсации приводит кривую второй производной к виду (крестики), соответствующему второй производной в нешу-мящей плазме (зачерненные точки).
Описанная охема измерений функции распределения электронов позволяет проводить измерения как в , стационарном шумящем разряде, так и в условиях периодически изменяющейся во
Рил 9 9
гио.а.а. времени шумящей плазмы.
Измерение концентрации, средней энергии электронов и напряженности электрического поля в плазме. Существует, по крайней мере, две возможности нахождения концентрации электронов по измеренной функции распределения.
Ї. Первый опособ связан о измерением зондового тока при совпадении потенциалов плазмы и зонда:
Так как e-eV и /(E)MyVa^(V), то
86
¦a/g<i>j;wy<y^y
После подстановки численных значений получаем (ток измеряется в миллиамперах, а площадь - в квадратных миллиметрах)
лв- 4,2. Ю10 ^ J^Vv7. іIW Ц Vi^(V) dV] -'.
Точность определения концентрации электронов данным способом существенно завиоит от правильного выбора потенциала пространства плазмы, так как вблизи него зондовый ток сильно зависит от потенциала плазмы.
2. Более корректным опособом нахождения концентрации электронов являетоя интегрирование измеренной в абсолютной пере функции распределения электронов. Ранее отмечали, что дяя 10(Й-модулированного оигнала амплитуда гармоники на частоте O)1 представляется выражением tum(a2f2)i?(V). Зная
численные значения а2 и і ^ можно найти величину ?3(^,Величина Ia)1 может быть найдена путем сравнения о извеот-яш калибровочным током ?Хал* Если X^3n еоть отклик измерительного прибора при прохождении калибровочного оигнала через регистрирующую схему, а х - его отклик на полезный сигнал, то отношение х/хншля1>^1*мя и» следовательно:
де #кал - калибровочное сопротивление:' VKa/l - величина іалибровочного оигнала. При этом функция распределения электронов будет иметь вид
1/^?)- Функция распределения электронов [эВ^.ом"^]; IJ-иотеициал зонда относительно плазмы [В]; а - амплитуда дифференцирующего оигнала [В]; S - площадь зонда [см2]; іКАЛ в 9KmI^кал " амплитудное значение калибровочного тока [А]).
87
Интегрирование найденной функции распределения позволяв найти и значение средней энергии электронов:
«— Г*б/<б)4б< ^J0
$"vMi»<V)<iv
I і" Il І" <
I J L J
i0"V,/2i"5mdv •
Напряженность про дольного электричеок поля в плазме измеряете! по разнооти потенциалов ^изолированного" зонда помощью двух зондов, положенных на оои разр Для зависящей от времени плазмы, напряженнооя поля может быть измерена, например, о помощью схеми, изображенной на рио.2.3 (I9 2 - согласующие каскады) • Сопротивления Ri і R2 должны выбираться достаточно большими, чтобы зонды находились при "плавающих" потенциалах, С делителей напряжения оигнал поступает на согласующие каскады 1,2 и эатем на дифференциальный вход осциллографа J.
