Burning modes of a bipolar pulsed discharge in CO₂

Abstract

We have studied the burning modes of the bipolar pulsed discharge in CO₂ within the frequency range between 20 and 300 kHz and the duty cycle of 11…97%. The current and voltage waveforms within the pressure range between 0.1 to 1 Torr were registered. We have established that the duty cycle values may affect the axial structure of the discharge considerably causing the voltage drop redistribution across the electrodes. The bipolar pulsed discharge may burn in a high-current mode (with cathode sheaths near every electrode) as well as in a low-current one (with a low discharge current and weak glow). The transition between these modes may be observed at high duty cycle values. We have found that one may make a shift of the complete oscilloscope voltage pattern higher or lower along the voltage axis and produce a self-bias constant voltage the value and sign of which depend on the duty cycle, amplitude and frequency of the applied voltage.

Досліджено режими горіння біполярного імпульсного розряду у вуглекислому газі в діапазоні частот 20…300 кГц при коефіцієнтах заповнення 11…97%. Були виміряні осцилограми струму і напруги при значеннях тиску від 0,1 до 1 Торр. Виявлено, що величина коефіцієнта заповнення може значно впливати на осьову структуру розряду, завдяки чому перерозподіляється падіння напруги між електродами. Біполярний імпульсний розряд може горіти як у сильнострумовому режимі (з катодними шарами поблизу кожного електрода), так й у слабкострумовому режимі (з низьким розрядним струмом та слабким світінням). Перехід між цими режимами спостерігається при великих значеннях коефіцієнта заповнення. Встановлено, що в біполярному імпульсному розряді можливо цілком змістити осцилограму напруги вище або нижче відносно осі абсцис і призвести до появи постійної напруги автозміщення, величина і знак якої залежать від коефіцієнту заповнення, амплітуди і частоти прикладеної напруги.

Исследованы режимы горения биполярного импульсного разряда в углекислом газе в диапазоне частот 20…300 кГц при коэффициентах заполнения 11…97%. Были измерены осциллограммы тока и напряжения при давлениях от 0,1 до 1 Торр. Выявлено, что величина коэффициента заполнения может значительно влиять на осевую структуру разряда, благодаря чему перераспределяется падение напряжения между электродами. Биполярный импульсный разряд может гореть как в сильноточном режиме (с катодными слоями вблизи каждого электрода), так и в слаботочном режиме (с низким разрядным током и слабым свечением). Переход между этими режимами наблюдается при больших коэффициентах заполнения. Установлено, что в биполярном импульсном разряде возможно целиком сместить осциллограмму напряжения выше или ниже относительно оси абсцисс и привести к появлению постоянного напряжения автосмещения, величина и знак которого зависят от коэффициента заполнения, амплитуды и частоты приложенного напряжения.