EEFL放电原理分析

文章摘要：然而，深入分析EEFL所发生的气体放电过程，发现电极过程仍然是维持EEFL高频放电所不可少的，具体地说EEFL仍然存在发射电子的阴极与加速电子、正离子的阴极位降。为了说明这一点，让我们重温气体放电理论对高频放电几种情况的分析。气体在高频能量的激励下产生的放电称为高频放电，其电流密度j为：j=[nee2υ/me(υ2+ω2)]E (1)式中E为电场强度，ω为外加高频电场的角频率，υ为电子有效碰撞频率，υ 由下式计算：υ＝3.19×109×P/√Te0.5 （2）式中P为气压（mm Hg），Te为电子温度(K)。按照外加高频电场角频率ω与电子有效碰撞频率 υ的相对大小，高频放电可以分成ω <

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　　然而，深入分析EEFL所发生的气体放电过程，发现电极过程仍然是维持EEFL高频放电所不可少的，具体地说EEFL仍然存在发射电子的阴极与加速电子、正离子的阴极位降。为了说明这一点，让我们重温气体放电理论对高频放电几种情况的分析。

　　气体在高频能量的激励下产生的放电称为高频放电，其电流密度j为：

　　j=[nee2υ/me(υ2+ω2)]E (1)

　　式中E为电场强度，ω为外加高频电场的角频率，υ为电子有效碰撞频率，υ 由下式计算：

　　υ＝3.19×109×P/√Te0.5 （2）

　　式中P为气压（mm Hg），Te为电子温度(K)。

　　按照外加高频电场角频率ω与电子有效碰撞频率 υ的相对大小，高频放电可以分成ω <<υ 、ω≌υ 、ω>>υ三种情况。其中当ω<<υ 时，发生类似于低频放电的情形，这时电子在高频电场下的运动象一群蜜蜂随风飘动一样向高频电场的瞬时阳极漂移；电场反向时又反向漂移。放电空间仍然存在等离子区与阴极位降区，仍然需要有阴极发射电子才能维持这种情况下的高频放电。其与低频放电不同之处是高频电场变化的周期小于放电空间的消电离所需的时间，由此，等离子区来不及消失，高频电场的极性交变，只影响阴极位降区输流出现在等离子区的两侧。

　　当外加高频电场的频率大幅提高到ω≌υ 与 ω>>υ时，放电中电子的运动将发生根本性的变化，等离子区中电子受到高频电场的作用而不断来回运动，增加了电子产生碰撞电离的几率，此时维持稳定的放电已无需电极过程，也就是说不需要阴极发射电子 ，不需要阴极，不存在阴极位降区，从而形成了高频电场作用下的无极放电。这种高频无极放电的实例发生于雷达天线开关，其工作频率约为1000兆赫，放电管内的气压不大于20乇。

　　对照上述关于高频放电的理论分析，我们熟知的电子镇流荧光灯ECFL与冷阴极荧光灯CCFL（工作频率均为20KHZ－100KHZ）,均属于ω<<υ 的情况，放电具有稳定的等离子区与维持放电所必须的阴极位降区，阴极的电子发射对放电起着至关重要的作用。

　　让我们再回到EEFL中的气体放电。EEFL的工作频率与CCFL一样（20KHZ－100KHZ），充气种类与气压也与CCFL类似，因此，它们的放电类型也是类似的（属 ω <<υ的一类 ）。具体地说，EEFL中的放电仍然必须有阴极与阴极位降区的存在才能维持稳定的放电。可是，EEFL的阴极在哪里呢？外电极与放电气体隔着玻璃管壁，它是不可能作为气体放电的阴极来发射电子的。本人认为，与外电极相对的玻管内壁表面就是EEFL的内电极。当某外电极为正电位的半周时，对应的内壁玻璃表面吸引而接收电子，垒积壁电荷；为负半周时，吸引与加速正离子，并受正离子轰击而产生二次电子发射，形成阴极位降区。可能有人要问，玻璃是绝缘体，能够担当电极的角色吗？我认为完全可以。玻璃表面可以接收电子而垒出壁电位，这在交流等离子显示器放电过程的分析中早已说得明明白白；另一方面，玻璃在正离子轰击时可以产生二次电子发射，也是得到公认的。由于施加的是高频电压，内壁的电位变化可以通过玻璃壁形成的电容传到外电极再传到外电路，没有什么说不通的地方。

　　需要着重说明，上述EEFL由外电极对面的玻璃内壁所形成的内电极有一个突出的特点，那就是为无数的“微岛”状，因为玻璃内表面必竟不是金属电极，其表面是不导电的，无论内表面那一点吸引电子形成壁电荷（或吸引正离子且产生二次电子发射而垒积正电荷），点与点之间均不能有电的沟通，我们可以称它为“微岛”电极。因此，可以认为EEFL的内电极是由与外电极对应的玻璃内壁上的无数“微岛”电极所组成的。

　　综上所述，我们可以画出EEFL的等效电极结构的原理图，如图2所示：

图2 EEFL等效电极结构原理图

1外电极　2放电空间　3玻璃电容　4“微岛”电极

　　有一种为多数人所接收的观点，认为高频电场由外电极通过玻壁电容引入EEFL放电空间，直接作用于放电的等离子区而产生与维持稳定的高频无极放电。我们现在不谈前述的理论对这种观点的否定，而是从反证的角度来加以分析。如果只要引入高频电场就可以无需电极作用而能够维持稳定的放电，那么与EEFL放电条件相同的CCFL由电极直接将高频电场引入放电空间又为什么必须依靠电极过程才能维持稳定的放电呢？如果电极过程真是无关紧要，那么CCFL的电极过程为什么会集中那么多的功率，对放电性能产生极其重要的影响呢？

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