1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (Дулин В.Н. Электронные приборы 1977), страница 5

1-12). Эти эл ектроды , площадьюкаждый, соединены внеш- ,ним проводником и заземлены. Если нарасстоянии х отэлектрода к н аходи тся отрицательный электрический заряд ( ~ д ) ,то на обои х эл ектродах наведутся положительные заряды дк и да,величины которы х обр а тн о пропорциональны расстоянию от заряда — д до соответствую щ их электродов:X+( 1- 6 )+К ром е того, сумма всех зарядов системы,как известно из электростатики, равна нулю:— 9 + ?к + 9а — 0 .(1*7)Реш ая совместно эти уравнения, получаем:------------------- £ ------------------Рис.

1-12. Образова­ние наведенных за­рядов.( 1-8 )(1-9)Если заряд — д перемещ ается от электрода к к электроду а,то с изменением х м ен я ю тся и наводимые на электродах заряды:д к уменьш ается, а да увеличивается. Вследствие перераспреде­ления наведенных за р я д ов во внешней цепи потечет уравни­тельный ток, к отор ы й назы ваю т наведенным током:( 1- 10)Здесь Их!сИ = V — ск о р о с т ь движения заряда. П оэтому(1- 11)Направление н аведен н ого тока во внешней цепи совпадаетс перемещением п олож ител ьн ы х зарядов, и, следовательно, в на­шем случае ток во внеш ней цепи течет от электрода к к электроду а.Полный ток в ди оде.

В электронных п ри борах один из элект­родов служ ит катодом (его потенциал принимают равным нулю),а другие электроды обы чно находятся под потенциалами, отлич­ными от нуля.П редположим, ч то эл ектр од к — это катод, а электроду а —аноду сообщ ен п олож ительн ы й относительно катода потенциал и а.Предположим такж е,, что катод не обл адает тепловой иперцией,т.

е. в момент включения батареи накала его температура м гн овен ­но достигает рабочего значения. Т огд а п ри включении п од огр евакатода с его поверхности начнется эм и сси я электронов, к о т о р ы епод действием полож ительного поля анода бу д у т двигаться к э т о м уэлектроду. К ак только первые эл ек тр он ы покинут катод, наэлектродах в и а наведутся полож ительны е заряды и во вн еш нейцепи потечет наведенный ток. Т а ки м обр азом , ток во вн еш нейцепи возникает ср а зу же, как тол ько первы е электроны п ок и д а ю тповерхность катода. В течение времени, н еобходимого для т о г о ,чтобы первые электроны, покинувш ие ка тод , достигли анода, в с юрассматриваемую цепь можно разделить на три участка.Во внешней цепи, как только к а тод начал эмиттировать э л е к ­троны, возникает наведенный ток, м гн овен ное значение к о т о р о г оопределяется выражением (1-11).

Т еп ер ь под величиной д сл е д у е тпонимать заряд всех электронов, н а х од я щ и х ся в данный м ом ен твремени в объеме V = ( .В меж дуэлектродном пространстве м еж ду катодом и ф р он томпервых электронов протекает эл ектри ческий ток переноса, о б у с ­ловленный движением электрических зар я дов. П лотность т о к апропорциональна объемной плотности заряда р и ск ор ости д в и ­жения электронов и:/пер = Ри -(1 -1 2 )При движении электронов от п л о ск о ст и х к аноду величинаэтого тока не меняется, так как эм и сси я катода во времени п о ­стоянна и через плоскость х во все п оследую щ ие моменты в р е ­мени проходит одно и то же количество эл ектрон ов с н еизменнойскоростью .На третьем участке, от плоскости х до анода, куда еще не д ош л иэлектроны, цепь замыкается эл ектри ческим током см ещ ен и я,плотность к от ор ого определяется изменением электрического см е ­щения= е0 § :/ « - £= «0 7 * .(1 -1 3 )В начальный момент времени, к огд а катод еще не эм и тти р у е тэлектроны, ток в цепи равен нулю и н апряж енность эл ек тр и ч ес­кого поля в вакуумном п ром еж утке определяется р а з н о с т ь юпотенциалов £/а и расстоянием м еж ду электродам и га.

П осл е т о г окак первые электроны покинули катод, электрическое поле, о б у с ­ловленное р азностью потенциалов £/а, склады вается с п о л я м и ,•которые создаю тся электронами и наведенными зарядами. П о м ер епродвиж ения первых электронов от катода к аноду увел и чи ваетсясуммарный отрицательный заряд в м еж дуэлектродном п р о с т р а н ­стве и уменьш ается относительное изменение напряж енности п о л я .Уменьш ается и ток смещения. В тот момент, когда первые э л е к ­троны достигаю т анода, в цепи н аступ ает стационарный р е ж и м .П ри этом в отличие от переходного режима, тол ьк о что рассмотрен­ного, суммарный электрический заряд в вакуумном промежуткеостается неизменным; не меняется, следовательно, и напряжен­ность электри ческого п ол я . Т ок смещения равен нулю.

Наведен­ный ток во внеш ней цепи такж е не меняется (q = const) и равент о к у переноса. В са м ом деле, суммарный заряд в некотором эле­ментарном слое толщ иной dx (рис. 1-13)равен:qx = Q p d x ,(1-14)а суммарный заряд во всеммеж ду электродами к и аобъемеаq = ^ Qp dx.(1-15)П ользуясь (1-11), мож но написать:Рис.

1-13. К выводу выра­жения для величины токав приборе.(1-16)И спользуя вы раж ение (1-12) и интегрируя, получаем:га■^нав =С /п е р—/п е р ^ =-^пер"(1-17)ьСледовательно, в стационарном режиме ток , наводимый дви­ж ущ имися электронам и во внешней цепи, равен току переноса,текущ ему в ва куум н ом промеж утке.Глава втораяД В У Х Э Л Е К ТР О Д Н Ы Е ЛАМ ПЫ2-1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ДВУХЭЛЕКТРОДНОЙ ЛАМПЕ(ДИОДЕ)Определение.

У с т р о й ст в о диода. Д иод — электронная лампа,содерж ащ ая лиш ь два электрода: катод и анод. Термоэлектрон­ный катод сл у ж и т дл я испускания электрон ов; анод являетсяколлектором , т. е. электродом , которы й собирает электроны.А н од в соответстви и с формой катода вы полняется либо в видецилиндра (ри с. 2-1, а), л ибо в виде короба (ри с. 2-1, б).

Оба элект­рода помещ аются в стеклянны й, металлический или металлокера­мический баллон.Принцип р а боты . В диоде, как и во всех электронных приборах,принято считать потенциал катода равным нулю {Ц к — 0) и отэтого значения отсчитывать потенциалы в сех других эл ек тр од ов.При нагреве катода током накала / н возни кает терм оэлектронн аяэмиссия.Если анодное напряжение С/а п ол ож и тел ьн о, то эл ектр он ы ,вылетевшие из катода, движ утся к а н оду. П ри этом п оя вл я етсяток анода / а, направленный во внеш ней цепи от катода к а н о д у .Если анодное напряжение отри цательн о, то электроны , в ы ­летевшие из катода, попадают в торм озящ ее поле и возвращ аю т­ся на катод. Т о к во внешней цепи равен н ул ю .

Таким о б р а з о м ,внутри диода ток мож ет протекать тол ь к о в одном направлении —от анода к катоду, когда потенциал анода выш е потенциала к а то д а .Рис. 2-1. Устройство диода.а — с цилиндрическими электродами и подогревным катодом; б — с плоскими электродами и катодом прямого накала; 1 — анод; 2 — катод;з — подогреватель.Рис. 2-2. Кривые распредепен и я потен щ ш лаВ ДИ0Д6П ри и ц — COnst.Эта сп особн ость диода характеризует его как вентильный (у н и п о ­лярный) при бор, т.

е. лампу, п р ов од я щ у ю ток только в од н о мнаправлении.Величина анодного тока, определяем ая числом эл е к тр о н о в ,достигающ их анода, зависит как от ток а эм и ссии 1е, так и от а н о д ­ного напряж ения U a. При увеличении ток а эмиссии в о зр а ста етчисло электрон ов, покидающ их катод и уч аствую щ и х в дви ж ен и ик аноду, а следовательно, увеличивается и анодный ток. А н о д н о енапряжение такж е влияет на число эл ектрон ов, д ости га ю щ и ханода. П ри малых полож ительных анодны х напряж ениях не в с еэлектроны попадают на анод; электрон ы с малыми начальны мискоростям и возвращ аю тся обратно на катод .

Рассмотрим этиявления более подробно.Распределение потенциала в диоде. П редставим анод и к а т о дв виде неограниченных плоскостей. Н а р и с. 2-2 по оси о р д и н а твниз отлож ены положительные значения потенциалов, п о о с иабсцисс — расстояние от п оверхн ости катода.Рассмотрим распределение потенциала в пространстве междукатодом и анодом диода при различных напряж ениях накала С/„и при н екоторомфиксированном напряж ениинааноде,например 1/а.Е сли и „ = 0 и эм и ссии нет, то диод мож но рассматриватькак плоский к он ден сатор , разность потенциалов на пластинахк отор ого равна £/а.

Распределение потенциала в меж дуэлектродном пространстве дл я этого случая соответствует прямой 1(ри с. 2- 2), соединяю щ ей точки, соответстую щ ие потенциалу като­да и к — 0 и анода Е/а. П ри повышении напряж ения накала элек­троны , покидающ ие катод, создаю т в меж дуэлектродном простран­стве объемный отрицательны й заряд, которы й изменяет распре­деление потенциала (к р и ва я 2 на рис. 2-2). Вследствие отрицатель­н ого заряда эл ектрон ов потенциал в пространстве между катодоми анодом н ескол ько сн и ж ается, но все ж е во всех точках остаетсяполож ительным. В ек тор напряж енности электрического поляв лю бой точке к р и вой 2 направлен от анода к катоду, поэтом ув ускоряю щ ем поле все электроны, покинувш ие катод, устрем­ляю тся на анод.

Т о к анода равен току эмиссии. Этот режим назы­вается режимом насыщ ения.П ри более вы сок ом напряж ении накала с поверхности катодавы ходит больш ее ч и сл о электронов, объемный заряд увеличивается.Электроны, обладаю щ ие малыми начальными скоростями, подвлиянием отри цательн ого объемного заряда, образованного дру­гими электронами, возвращ аю тся на катод. Объемная плотностьэлектронного «обл ачка» у катода возрастает настолько, что обра­зуется область отри ц ательн ого потенциала (кри вая 3 на рис.

2- 2),минимальное значение к от ор ого Лтт обычно находится на рас­стоян ии соты х или деся ты х долей миллиметра от поверхностикатода. Таким обр а зом , вблизи катода (0 < х < х МШ1) сущ ествуетторм озящ ее эл ектр и ческое поле, вектор напряж енности которогонаправлен от катода к аноду. Д ля преодоления этого тормозящ егоп ол я начальная с к о р о с т ь электронов у0, покидающ их катод,долж на быть больш е н екотор ого значения, определяемой потен­циалом 17мп„:(2 - 1)Если начальная с к о р о с т ь электрона меньше этого значения,то электрон не су м еет преодолеть потенциальный барьер и, умень­ш ив ск орость до н ул я , возвратится под действием поля на катод.В области торм озящ его поля (0 — хт ,„), таким образом, будутнаходиться эл ектрон ы , не только движ ущ иеся к аноду, но и воз­вращ ающ иеся об р а т н о на катод.

При неизменном напряжениинакала устан ови тся динамическое равновесие, при котором числоух од я щ и х к аноду и возвращ аю щ ихся к катоду электронов равноч и сл у электрон ов, эмиттируемы х катодом. Следовательно, анод­ны й ток будет меньш е тока эмиссии.Если еще более увеличить напряж ение накала, то устан ови тсядинамическое равновесие, соответствую щ ее больш ем у значениютока эмиссии.