Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Металл отличается от диэлектрика тем, что внешнле злекпроны его атомов слабо связаны с ядром и легко отделяются ог него. П!ри этом атомы кристаллической решетки становятся положительными ионами, а отделившиеся электроны совершают внупри металла хаотические движения. Обпаий заряд металла остается равным нулю, поонольку суммы зарядов ионов и электронов, равны. двигаясь свободно между атомами металла, электроны не могут свободно выходить за епо пределы.
Препятствует выходу электронов та~к называемый и отенциальный барьер, т. е. притяжение электрона обратно внутрь металла. При комнатной температуре в любом металле лишь ничтожное число электронов обладает ввнепичеокой энергией, достаточной для преодоления потенциального ба~рнера. Змикоия может повыситься, если электронам в,металле сообщить дополнительную энергию. Существуют три наиболее широко используемых способа повышения энергии электронов в проводнике: мапревание, создающее тер~м о эл е~ктр о ивувз эмиссию; облучение поверхности проводника светом, создающее фотоэлектронную эмиссию; бомбардмровкз поверхности проводника извне электронами, имеющими большую скорость я создающими вторичную э л ектр опп ую ам иссв ю.
В большинстве типов радиоламп используется те р м оэлектро~нная эмиссия. Катод, нагревается электричесням тохом,кам нить в лампе на~каливаиия; именно поэтому электровакуумные п~рнборы и называются лампами, Для напревавия катода должен быть самосгоятельпый источнмя тока.
Чистые металлы дают заметную эмиссию лишь прв температурах в несколько тысяч Прадусов. Такой нагрев выдерживают тугоплавкие металлы, например вольфрам, который шврано применяется для катодов радиоламп. ~Простейшей радиолампой (электро- вакуумным прибором с термоэлекпронной эмиссией) является диод (лампа с двумя злвктродммм). В стеклянном вапуумировавном баллоне (4юс. 8.2,а) умреплены два элекпрада — анод и катод. В данном случае, анод выполнен в виде металлического цилиндра, расположенного горизонтально и ммеющвго,вывод вверх 149 ~Ьзд азз О) 9 Рис.
8.2. Устройства и включение диода: а — простейшая конструкция диода; б — диод в схеме сквозь стекла (возмажны и иные формы). Катод в виде нити накала, щюходящий по аси цилиндра, имеет два вывода, подключаемые к батарее накала. Электролы лампы принято обозначать на схемах, как показана иа ,рис. 8.2,б. Оба вывода катода (нити накала) подключаются к самостоятельной батарее накала Б . Тюк этой батареи, проходящий через нить, напревает ее до температуры, нри которой достигается дюстаточная эмиссия электронов. Между анодом и одним из зажимов катода включена аиадная батарея Бв с соблюдением полярности, абеопечявающейпритяжение электронов к аноду.
Бели изменить полярность анолнай батареи, анод 'окажется па отношению к катоду отрицательным, и электрическое поле станет не ускоряющим, а тормозящим. Движение элекпровав к а~капу прекратится. Эта и дает возможность применять диод как выпрямитель переиеннаго така. Обратвмся к .устройству катюдов. Каждый металл, в том числе и вольфрам, цри определенной температуре эмитирует определенное (в среднем) число электронов с квадратного м~иллиметра. Следовательно, размеры катода должны быть таким~и, чтобы с ега поверхности был получен требуемый ток эмиссии. Чем больший аиодиый ток мы хотим получить, тем большие размеры должен иметь катод; соответственна приходится затрачивать ббльшую 150 мощность иа его наареванне (неабхадвмая, но неполезная затрата мощно. стн).
Чистый вольфрам в этом отнаше. нии ~неэкономичен. Бго приходится нагревать да гамой температуры (ие менее 2200'С), при нагорай металл испаряется, н катод служит недолго (в среднем да 1000 ч). Лишь в очень мощных лампах перепоревшие вольфрамовые катоды ~можно заменять, и там они находят,применение. Чтобы снизить рабочую температуру катода, сохранив хорошую эмиссию электронов, необходн~мо облачить выход электронов из металла. С этой целью катод,покрывают слоем другого металла толщиной в один атом. Контактная разность потенциалов двух металлов частично компеноирует тормозящее дейспвие,повериюсти основного металла и содействует вылету электронов. Поэтому попрытие катода называютего активацией.
Среди а~ктнвнрующих пацрытий можно указать торий, которым покрывается спецкально обработанная углеродом (карбнлнрованяаи) поверхность вольфрамовой нити. Тормрованиые ка~рбцдирава~нкые катоды вмеют рабочую температуру ве выше 1700' С (желтое калеиие), и их иногда применяют в лампах для ~рад~иопередатчмнов орелией мощности. Лампа с таким катодом мюжет выйти ~из строя не в ~результате перегара~пня нити, а вследствие разрушения актнвнрующего покрытия; в тамил случаях позорят, что лампа сверяет эмиссию». Другнм акгнвврующвы покрытием могут быть окислы (оксиды) металлов бария и стронция, которые напасался ие на,вольфрам, а на микель. Актввнрующий слой металла выделяется из окислов,при термичежой обработке катода.
Оксилные катоды рабютают при температуре около 800' С (вишнева-краснае калеиие). Они ~имеют запас аитивцрующего металла в окислах и потому менее чувствительны к перекалу и более долговечны (~инп~рнм~ер, 5000 ч), чем торираванные катоды. К~раме того, они способны отдать повышенную эмиссию при кратковременных включениях напряжения (импульсная ~рабата). Одиако все эти катоды непосредственного (пряж ого) накала почти ле встречаются в радиовещательной приемно-усилителыиай аппаратуре, питаемюй ат сети переменного тока.
Дело в том, чта если нить прямого накала питать переменным током, то общая топка О (рис. 8.2,б) попеременно оказыва- ется под положительным и отрицательным потенциалом относительно середины вити, а потому изменяется (пульсирует) и анодпое на|цряжение, вслед. стане чего появляется низкочастотный звук (фон) в праыкаговорителе приемника. Гораздо шире в рэдиоприеыной и телевизионной аппарату~ре применяют лампы с катодами, которые питаются переменныы такам, но имеют неизменный потенциал по отношению к аноду (эяввпотвнциальные катоды). В них нить накала не предназначена для эмиссии; она лишь напревает сквозь изоляцию отделенный от лее катод. Тзкие катоды называются п олог реви ым и или катодами косвеннога накала (~ркс. 8.3). 8.3. ДИОДЫ Расомоарим более подробно процессы тояопрахождения в цвви диода при изменении напряжения анодиого источника.
Если оно Раино нулю, то ускоряющего поля нет и электроны, ээвтткруемые катодом, остаются в пространстве около катода, образуя так называемое облако пространспвеииого заряда. Его плотность будет определяться динамическим равновесием двух процессов: выходом электронов из накаленного катода и возвращением часпи электронов на катод под действием взаимного отталкивания зарядов в облаке и притяжения положительными зарядаыи катода. Эта равновесие будет определяться только температурой катода: чем она выше, тем больше электронов приобретают энергию, достаточную для того, чтобы выйти из катода.
При подаче на анод положительного напряжения электроны облака начинают испытывать притяжение анода я будут уходить на него; их убыль в облаке будет пополняться новыми электронажи, выходяпзими с поверхности катода, н ьа виешней цепи появится ток, Чем выше анодное ~напряжение, тем болыпе электронам абла|ка будут за единицу времеви уходить на анод, и ток в цепи станет расти. Это будет происходить до тех пор, пока все электроны, эмлттвруемые катодам за единицу времени, не достнпиут анода; объемный заряд прн этом исчезнет, а рост тока прекратится, †ди будет работать в режиме насыщения с токам !в1 (рис. 8А).
Дальнейшее увеличение тока может проиэойтн только при повышении температуры катода (если это допустимо без его разрушения). При этом но- Рис. 8.3. Устройство катода косвенного накала вое состояние насыщения (С током )ы) наступит при большем аиодном напряжении. Првктлчески для получения высокой эксплуатациовной надежности и длительного срока службы лампы не используют в режиме иасыщения, а толико при наличии прастрапственпого заряда. Ток диода эвввсвт от анодлого напряжения нелинеййо. Действительно, ток, проходящий через 1 сме сеченпв диода ~(плотность тока), )ь=йа, где д— заряд электронов и 1 сме потока, а и— скорость электронов.
Из выражении (8.2) следует, что а=А,У'/а, где й, †коэффицие цропорциоиальиости. Чпсло же электронов, увлекаемых из объемлого за|ряда на анод за единицу примени, пропорционально аяадиаму напряжению /=леУв. Следовательно, алодный ток )в в йвУвв/е, О ве Рис. 8.4. 3 звиои масти ан одного тока от напряжения н а аноде (для двух эначени й напряжения иа к ала ) )51 что и отражается восходящей Криволинейной частью зависимости, прлведеввой на рис. 8А (до состояния насыщения). Плавный переход к Режиму насыщения определяется нералномпрным нагревом катода, неравномерностью Реального электрического поля и эффектом свырыва» электронов электричеомим полем энола с поверхности катода в отсутствие объемного заряда. Работа в,режиме ~пространственного заряда совершенно необходима с оксидмыми и другими акчивврова~нными катодами, аак;как электроны при соудврелиях с атомами остаточных газов ионизнруют их и тяжелые положительные ноны бомбардируют ~катод, если он не защищен облаком пространственного заряда; при этом окоипное покрытие разрушается.
Кроме того, при воздействии интенсивного электрического поля на шороховатую поверхность аксвдного покрытия эмиссия с отдельных участков становится:неравномерной, возникают местные перепревы, где происходит частичное разрушение оксндлого слоя. Электронные лампы не подчиняются закону Ома: во-первых, анодный ток не меняет своего ~напра~еленин при изменении полярности напряжения на диоде; во вторых, так изменяется не пропорционально анолному квцряжеыию, а по более сложному закону [см. (8,5)). Элементы с подобными свойства~ми принято называть нелинейными. Для обычного проводника в цепи постоянного тока единственной величиной, характеризующейся соотношениями токов ~в этом проводнике и приложенных к нему на|пряженпй, является сопротивление (или обрапиая ему вели- чила — проводимость).
Сопротивление может быть наввамо параметром линейной цепи. Можно ввести юредстэвление о парамеврах ~и для,нелинейного провод. ника,~в частности для диода. Таким параметром является в и у т,р е н и е е с оп~ротилле~н~ие диода. Можно измерить вольтметром ~напряжение между анодом и катодом, а ампер~метром— ток через промежуток анод — катод. Отношение .напряжения к току будет внутренним сопротивлением диода для постоянного тока. Но, раосматрввая любую из приводившихся выше характеристик диода, можно убедиться, что это сопротивление не является постоянным, что и свойственно нелинейному прибору.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
