冷陰極潘寧放電原理可以用如圖1所示的結構來說明,一個圓筒作為陽極,在其兩端放兩電極, 一般接相同電位作為陰極, 將整個放電系統放入軸向磁場中。空間中殘存的電子、離子,在電磁場的作用下,產生輪滾線運動,電子運動軌跡大大延長, 導致它與中性氣體分子的碰撞幾率增大, 提高了電離效率, 使得這種結構在很低的氣壓下也能發生放電。

圖1　潘寧放電原理圖

        根據磁感應強度B 和氣體密度n 的大小可以將潘寧放電分成幾類:

       ①在氣壓很低、磁場很弱時不發生自持放電。

       ②低氣壓放電模式, 此時放電的基本特點是: 由于磁場內電子橫越磁場的速率遠比離子慢,于是在放電空間內形成過剩的電子云, 電子云使徑向電位下垂, 并在陽極附近形成鞘層; 陽極電流隨氣壓線性增加, 這是潘寧電離計(PIG)的基礎; 此時并未在整個空間形成等離子體。

      ③高氣壓放電模式,當氣壓大于1.3×10^-2Pa, 放電模式由低氣壓放電突然過渡到高氣壓放電。

       低氣壓放電模式還可以細分為兩種模式: ①低氣壓低磁場(LMF)模式; ②低氣壓高磁場(HMF)模式。