электровакуум.приборы (1084498), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В любой точке междуэлектродного пространства скорость электронов может быть найдена из выражения лсср~/гм еК где У вЂ” потенциал в точке определения скорости; тс — масса электрона. Отсюда ю =;/ге(7/тл . Плотность обьемного заряда связана с потенциалом межцуэлектродного пространства в диоде выражением т/ тс13 р=-у (6.2) ,/Г Подставив (6.2) в уравнение Пуассона (6.1), получим ат 17,7 т/т,ПМс ео Умножим обе части уравнения (6.3) на гсШ/с1х: ,~и7 ат 77,7 Ъ/те/зс 1П илн ='(Ф -'-'"Л-'- ' Постоянные интегрирования равны нулю, так как при х =О Ум О и с(и/сЬ = О. Извлечем корни нз обеих частей равенства (6.4), разделим переменные и затем, повторно интегрируя, получим Отсюда находим соотношение между плотностью анодного тока и потенциалом в точке х Подставив числовые значения ео и е/т, приняв х = х, в сантиметрах и У = Уе в вольтах, окончательно получим выражение для плотно- 2 сти тока у поверхности анода, А/см, Если плошадь поверхности анода, принимающая электроны, равна П„то анодныи то« 7,= г,ЗЗ Ю-'(П,/хт)и 7т Закон степени трех вторых обычно записывают в виде 7, = а(737т, где С вЂ” сомножитель, зависящий только от конструкции диода, так называемый лервеанс лампы.
Для диода с плоскопараллельной конфигурацией электродов 6=г,ЗЗ Ю'П,/х',. (6.6) гг. 0,0 06 (а О,Е 02 0 2 е 6 0 70г Рис. 6.5. ГРаймк фУнкции (5-' = 1(г /гк) 277ге(а 6=2,33 104 гз()з (6.7) 711 а/ г(((а 78 Рис. 6.4. Цнииндрнческан конструкция электродов диода: ! — катод; 2 — анод Первеанс диода с цилиндрической конфигурацией электродов, схематически представленных на рис. 6.4, равен где ()~ — функция отношения радиуса анода к радиусу катода. Зависимость (3~ от г /г„приведена на рис. 6.5.
При г,/и„= 10 можно счн. тать () = 1. На рис. 6.6 изображено семейство анодных характеристик диода 1, = /(((а) при постоянном для каждой отдельной характеристики напряжении накала. До определенного напряжения анода ((а ((е и ((а характеристики подчиняются закону степени трех вторых. Если анодные напряжения больше указанных значений, диод переходит в режим насыщения и анодный ток не зависит от анодного напряжения. На рис. 6.7 приведены реальная анодная характеристика диода с вольфрамовым катодом 6Д2С (кривая 1) и теоретическая характеристика (крнвая 2), рассчитанная по закону степени трех вторых с учетом геометрических размеров электродов этой лампы. Сравнение кривых 1 и 2 показывает, что реальная характеристика отличается от теоретической.
Это объясняется тем, что при выводе закона степени трех вторых был сделан ряд предположений, упрощающих задачу, Анодный ток на реальной характеристике начинается при небольшом отрицательном напряжении на аноде, что связано с наличием начальных скоростей электронов. Начальная кинетическая энергия некоторых эмиттированных электронов позволяет им преодолевать небольшое тормозящее поле анода. Более пологий ход реальной характеристики объясняется неравномерным распределением температуры по поверхности катода.
Концы (7а О 70 20 70 Ое,з Рис. 6.6, Семейство анодных характеристик идеализированного диода Рис. 6.7. Реальная (!) и теоретическая (2) характерисшки диода с вольфрамовым катодом 6Д2С катода, находящиеся в местах закрепления в дисках изоляторов, имеют более низкую температуру, чем средняя его часть. Этой же причиной объясняется плавный переход в режим насыщения ламп с вольфрамовым катодом. Участки катода, имеющие различную температуру, переходят в режим насыщения при разных вводных напряжениях. Другой причиной плавного перехода в режим насыщения является неэквипотенциальность поверхности прямонакальных катодов.
Падение напряжения на катоде при протекании тока накала приводит к тому, что разность потенциалов между анодом и различными участками катода не будет одинаковой. На рис. 6.8 представлена теоретическая (кривая 1) и реальная (кривая 2) характеристики диода с оксидным катодом 6Х2П. Как видно иэ характеристики, у ламп с оксидным катодом нет резко выраженного участка насьпцения.
С ростом анодного напряжения продолжается рост анодного тока, что объясняется проявлением эффекта Шоттки (см. 8 2.3). Для оценки свойств диода при его практическом применении используются два основных параметра, показывающие, как меняются анодный ток при изменении анодного напряжения: крутизна анодной характеристики и внутреннее сопротивление диода. Крутизна о' в заданной точке характеристики определяется как тангенс угла а наклона касательной в этой точке к оси абсцисс (рис.
6.9) Крутизна имеет размерность проводимости и обычно указывается в миллиамперах на вольт. Ввиду того что анодная характеристика диода нелинейна, крутизна характеристики не является постоянной, а зависит от анодного напряжения. Эта зависимость может быть получена из 79 г„ Е„ 80 40 0 и„~ и, („и, Рис. 6.10. Схема включения мода с нагрузкой в анодной пепи 20 (6.8) (1 = ń— 1аЕ . з (а в а Ф а ' (а А (га (га Ят = 1/Е, бдь РАБОТА ДИОДА С НАГРУЗКОЙ 0 -2 0 4 8 (2 ив,В 0 0„"0,0', 0„ Рис.
6.8. Теоретическая (1) и реальная (2) характеристики диода с окладным ка- тодом 6Х2П Рис. 6хх Определение статических параметров диода по анодной характеристике закона степени трех вторых дифференцированием выражения (6.5) 5= ('( )Си,ы', Практически крутизна может быть определена по анодной характеристике как отношение приращения тока к приращению напряжения вблизи заданной точки В справочниках крутизна указывается для номинального режима работы лампы. Внутреннее сопротивление )т( — величина, обратно пропорциональная крутизне, Крутизна и внутреннее сопротивление являются дифференциальными параметрами лампы и указьвают проводимость и сопротивление диода переменному току с малой амплитудой. Обычно в анодную или катодную цепь диода включается сопротивление нагрузки.
Такой режим работы лампы называется рабочим. Рассмотрим простейший случай, когда нагрузкой диода является активное сопротивление Яа (рис. 6.10). Напряжение на диоде в рабочем ре- 80 Рис. 6.11. Статическая анолнвя характеристика диода и нагрузочнзя прямая жиме будет меньше напряжения источника питания на значение падения напряжения на нагрузке при протекании анодного тока При определенном напряжении источника питания Е„падение напряжения на пампе будет зависеть от значения анодного тока.
Для определения тока через диод при заданных значениях напряжения источника питания и сопротивления нагрузки построим статическую анодную характеристику диода и нагрузочную прямую. Построить нагрузочную прямую можно с помощью уравнения (6.8) по двум точкам. Эта прямая проходит на оси абсцисс через точку (Га = Е„(при 1, = О), а на оси ординат через точку 1а = Ев/1(а (при ((а = О). Ток в диоде и нагрузке протекает общий, поэтому рабочей точкой А будет точка пересечения анодной характеристики диода с нагрузочной прямой (рис.
6.11). Эта точка является решением уравнения (6.8). Проекция рабочей точки на ось абсцисс позволит определить падение напряжения на диоде ((а и на сопротивлении нагрузки (2л = 1айа. Применение диодов. Односторонняя проводимость диодов лежит в основе их применения для выпрямления переменного тока. Диоды, предназначенные для этой цели, носят название кеногролол. При выпрямлении напряжений до десяти киловольт в настоящее время полупроводниковые диоды практически полностью вытеснили вакуумные.
Однако при напряжениях, составляющих несколько десятков киловольт, и небольших токах успешно применяются вакуумные диоды. Маломощные высоковольтные выпрямители на диодах применяются, например, в схемах питания электронно-лучевых приборов. На нелинейности характеристики диодов основано их применение для преобразования высокочастотных сигналов: детектирование, преобразование частоты. В этом случае важным параметром диода является междуэлектродная емкость, образованная металлическими электродами и вакуумным промежутком между ними. Емкостная проводимость на высоких частотах становится соизмеримой с проводимостью самого диода, что отрицательно сказывается на его свойствах. По. 81 этому конструкция диодов в основном определяется их назначением.
Контрольные вопросы и задания 1. Как влияют на распределение потенциала между электродами диода температура катода и значение анодного напряжения? 2. Что представляют собой режим объемного заряда и режим насыщения? Чем определяются указанные режимы работы диода? 3. Приведите аналитическое выражение зависимости анодного тока диода от напряжения анода. 4. Поясните основные причины отличия реальной анодной характеристики диода от теоретической. 5. Что называется крутизной анодной характеристики диода и как ее определить по указанной характеристике? 6.
Как найти ток диода при заданных напряжениях источника питания и сопротивлении нагрузки? 7. Укажите области применения диодов. Глава седьмая ТРЕХЭЛЕКТРОДНЫЕ ЛАМПЫ 7,1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ Е ТРИОДЕ Триодом называется трехэлектродная электронная лампа, имеющая кроме анода и катода третий электрод — сетку. Введение сетки позволяет управлять током в лампе без изменения анодного напряжения. Сетка расположена между анодом и катодом триода. Анод триода имеет положительный потенциал относительно катода. Сетка может иметь как отрицательный, так и положительный потенциал.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
