1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (Дулин В.Н. Электронные приборы 1977), страница 6

А нодны й ток, однако, п ри этом увеличивается м ед­леннее, чем ток эмиссии, так как потенциальны й барьер у ка тодастановится выше (кривая 4 на р ис. 2 -2 ).При распределении потенциала в соотв етств и и с кривы ми 3пли 4 диод работает в режиме ограничения анодного тока объем ны мзарядом или п росто в режиме объем ного заряда. В отличие отрежима пасыщення в этом режиме не все эл ектрон ы , покинувш иекатод, достигаю т анода, т. е. анодный т о к меньше тока эм и сси и .Распределение потенциала п диоде п ри различных зпаченияханодного напряж ения и U n = const п ок азан о па рис. 2-3. Е сл икатод нагрет, а напряжение на анодеравно нулю (С/ а1 = 0 ), То эмнттированные электроны обр азую т в м еж дуэлектродном пространстве отрицатель­ный объемный заряд и распределениепотенциала соответствует кривой 1.П ри малом анодном напряжении (к р и ­вая 2 на рис.

2-3) область отрицатель­ного потенциала сохран яется вблизикатода. Этот потенциальный барьерпрепятствует движению к аноду медлен­ных электронов. Электроны с более вы­сок ой энергией преодолевают потен­циальный барьер, достигают анода иРис 2-3. Кривые распределе­ния потенциала в диоде присоздают анодный ток , величина котор огоUп = const.меньше тока эмиссии.

При более вы со­ком анодном напряжении (U a3 > U a2)объемный заряд у катода становится менее плотным, потенциаль­ный барьер уменьш ается и его вершина сдви гается к катоду (к р и ­вая 3 на рис. 2-3). Н о диод по-преж нему р аботает в режиме о г р а ­ничения анодпого тока объемным зарядом . П ри некотором з н а ­чении U ai наступает режик насыщения (к ри ва я 4 на рис.

2 -3 ),когда в каж дой точке меж дуэлектродного пространства п отен ­циал положителен, вектор н апряж ен ности направлен от анодак катоду и все электроны , эмиттированны е катодом , дости гаю танода.Режим объем ного заряда, когда у п ов е р х н о сти катода су щ е ст ­вует область отрицательного потенциала, в диоде, как и во в се хдругих электронных лампах, является осн овн ы м режимом. В сеэлектровакуумные приборы работают, как п равило, при неизмен­ном (номинальном) напряжении накала и, следовательно, при п о ­стоянном значении тока эмиссии с п овер х н ости катода. Р егу л и ­ровать анодный ток путем уменьш ения или увеличения накалакатода нецелесообразно. Даже при очень малы х габаритных р аз­мерах катод обладает тепловой инерцией, и при таком методеуправления анодным током электровакуум н ы е приборы лиш илиськбы одного из сам ы х ценны х качеств — безы нерционности.

В диодеуправление анодны м током производится путем изменения напря­жения на аноде; в д р у ги х электровакуумны х приборах для этойцели служ ат главны м образом специальные электроды — сетки.К ак видно из р и с. 2-3, напряжение на аноде влияет на величинуи положение п отен циального барьера в области отрицательногопотенциала у ка тод а . П ри увеличении анодного напряжения барьеруменьшается и см ещ ается к катоду, плотность объемного зарядау катода ум ен ьш ается, так как возрастает количество электронов,преодолевающ их барьер и двигающ ихся к аноду. И, наоборот,уменьшение ан одн ого напряжения влечет за собой повышениеплотности объ ем н ого заряда в результате увеличения числа элек­трон ов, возвр ащ а ю щ и хся к катоду.Таким обр а зом , объемный заряд сл уж и т как бы «резервуаром»— источником, обеспечиваю щ им поступление электронов на анод.Следует, одн ако, помнить, что этот «резервуар» непрерывно попол­няется электронам и, эмиттируемыми катодом , и находится в дина­мическом равн овесии , усл овия установления к отор ого, естественно,зависят от н ап ряж ен ия на аноде.2-2.

ЗАВИСИМОСТЬ АНОДНОГО ТОКА ОТ АНОДНОГОНАПРЯЖЕНИЯЗакон степени трех вторы х. Определим зависимость анодноготока от анодного напряж ения в диоде, образованном двумя плос­кими, безграничными, парал­лельными друг др угу пла­стинами (рис. 2-4). В этомслучае мож нопренебречькраевым эффектом и считатьполе меж ду анодом и к а то­домоднородным.Примемследую щ ие допущ ения.П усть у поверхности к а ­тода (х = 0 ) Uк = 0 , dU/dx == —= 0 , начальная с к о ­р ость электронов v0 = 0 ипотенциал анода Ua.С корость электрона в л ю ­Рис. 2.-4. К выводу закона степенитрех вторых.бой точкемеж дуэлектродн ого пространства с потен­циалом U , есл и v0 = 0 , определяется выражением- =(2-2)Учиты вая, что в меж дуэлектродном пространстве сущ ествуетобъемный заряд, воспол ьзуем ся уравнением П уассона, к отороедля вакуума и при условии, чтов виде%у =—£■•= 0 , мож но записать<2*3>Здесь р — объемная плотность зар яда, К л /м 3, а е0 = 8,85 хХ Ю ' 12 Ф /м — электрическая постоянная.К ак известно из курса физики, объем н ая плотность зарядасвязана с п лотн остью тока соотнош ениемр = - - £ .(2 -4 )или с учетом (2- 2)V IР—'Т £ Г -<2- 5 >Подставив выраж ение для р в (2-3), запиш ем уравнение П у а с­___сона в виде«Г, \ Ъдх2е0у иУмнож ая обе части равенств на 2•д1/и ин тегри руя(2 -6 )от 0 до х ,получаем:П остоянные интегрирования равны н у л ю , так как при х — Оик = о и аи ш =0.Интегрирование (2-7) после извлечения к о р н я из обеих частейравенства и разделения переменных п ри води т к следующ ему р е ­зультату:42 / ! * / '£ * .( 2-8 )Отсюда легко определить плотность т ок а , од и н а к овую для л ю б о ­го сечения меж дуэлектродного п ростр ан ства:~2ИУШ(2-9)Подставив сю да ж = га и ¡7 = и а., а так ж е численны е значения е,е0 и т, запишем для плотности тока, А /с м 2, у п оверхности анода:и3/2/а = 2,33.10-8-1—(2-10)газдесь напряжение £/а выражено в в ол ь та х , а га в сантиметрах.Ч тобы найти значение анодного тока, в амперах умножим(2- 10) на величину <?а — той части п оверхности анода, куда п о­падают эл ектрон ы :/ а = 2 ,33 - 10 е % и Т ,(2-11)гаИЛИ1а = в и Т ,(2- 12)где6 = 2 ,3 3 -1 0 6%(2-13)гадля данного типа лампы величина постоянн ая.Выражение (2-11 ), отображ аю щ ее аналитически функцию / а == / ( и а), н осит название закона степени т рех вторых.Рис.

2-5. График для опре­деления коэффициента Р3.Рис. 2-6. Анодные характе­ристики идеализированногодиода.Закон (2-11) п ол учен для диода, образованн ого двумя плоскимиэлектродами. П ри цилиндрической кон струкц ии электродов подвеличиной га сл ед у ет понимать радиус анода. Кроме того, в зна­менатель п ра вой ч асти (2- 11) следует ввести поправочный коэффи­циент р2, зави си м ость к оторого от соотнош ения га/гк — радиусованода и катоДа представлена на рис.

2-5. Величина (?а называетсяэффективной поверхност ью анода. Для цилиндрической к о н стр у к ­ции электродов она равна внутренней п оверхности анода, так каккатод обы чно длиннее анода и электроны попадают на всю внут­реннюю п ов е р х н о ст ь анода.Х арактеристики идеализированного диода. Закон степени трехвторых (2- 11), определяю щ ий связь анодного тока с анодным нап­ряжением, применим только для режима объемного заряда.В режиме насы щ ения ток анода идеализированного диода не дол­жен зависеть от напряж ения на аноде и определяется лишь напря­жением накала. Х ар ак тер и сти ки идеализированного диода пред­ставлены на р и с. 2-6 .Н а рис. 2-7 показано семейство к р и в ы х , отображ аю щ их з а в и ­симость анодного тока от напряж ения накала / а = / (II„) п ри не­изменном для каж дой характер и сти ки анодном напряж ении.М ож но отметить два характерных уч а стк а этих кривых.

На п е р в о мучастке, соответствую щ ем малым значениям С/н, ток анода р а ст е тпри увеличении напряжения накала п о закон у, близкому к п о л у ­ченной ранее зависимости тока эм и ссии о т напряжения накала и л итемпературы катода (1-1). Этот в осх од я щ и й участок о т о б р а ж а е тэмиссионную характеристику / „ = ср ( [ / „ ) и соответствует р е ж и м унасыщения: все эмиттированные к а тод ом электроны п оп а даю тРис. 2-7- Зависимость анодного тока от напряжении накала.Рис. 2-8.

Семейство аподных характерпстик диода.на анод, / а = / е. Точкам 1 и 2 на ха ра ктер и сти ке при Z7a" = co n s tсоответствую т на рис. 2-2 кривые 1 и 2 распределения потенциалав меж дуэлектродном пространстве.При дальнейшем повышении С/„ р ост анодн ого тока зам едляется,так как наступает режим объем ного заряда (см. кривые 3 и 4рис. 2-2).

Н а этом участке кривые у ж е не соответствую т эм и сси о н ­ной характеристике, так как / а < 1 е. У величение анодного н а п р я ­жения вызывает смещение п ол огого участка харак тер и сти к ивправо, так как ограничение тока объем ны м зарядом н ачин аетсяпри больш их значениях UH.Анодная характеристика. Н а р и с. 2-8 показано сем ей ств оанодных характеристик двухэл ектр одн ой лампы с вольф рам овы мкатодом. Н а одной из характери сти к (U n = const) отм еченыточки 1 —4 и значения анодного н ап ряж ен ия, для к отор ы х нарис. 2-3 построены кривые распределения потенциала. Р е ж и м уобъемного заряда соответствую т к р уты е уч астк и ха ра ктер и сти к ,а режиму насыщения — пологие. Эти характеристи ки су щ ествен н оотличаются от характеристик идеал изированн ого диода (р и с.

2- 6 ).Отличия ха р а к тер и сти к связаны с особенн остям и физическихп роц ессов в диоде, не учтенны ми при выводе закона степени трехвторы х (2-11). Р а ссм отр и м причины, объясняю щ ие основные отли­ч и я реальных и идеализированны х характеристик двухэлектрод­ных ламп.Реальные х а р а к тер и сти к и не всегда вы ходя т из начала к оор ­динат.