И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Особое место занимают рентгеновские трубки, счетчики элементарных частиц и другие специальные приборы. Электровакуумные приборы классифицируются еще по типу катода (накаленный нли холодный), по материалу и устройству баллона (стеклянный, металлический, керамический, комбинированный), по роду охлаждения (естественное, или лучистое, и принудительное— воздушное, водяное, паровое). 15.2. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ДИОДА Главное назначение диодов — выпрямление переменного тока. Иногда диоды применяются для генерации шумов, т. е.
беспорядочно изменяющихся токов и напряжений, для ограничения электрических импульсов и т. д. Диод имеет два электрода в стеклянном, металлическом или керамическом баллоне с вакуумом. Один электрод — это накаленный катод, служащий для эмиссии (испускания) электронов. Другой электрод — анод — принимает электроны, испускаемые катодом. Катод и анод вакуумного диода аналогичны змиттеру и базе полупроводникового диода. Анод притягивает электроны, если он имеет положительный относительно йатода потенциал.
Между анодом н катодом образуется электрическое поле, которое прн положительном потенциале анода является ускоряющим для электронов. Электроны, вылетающие из катода, под действием поля движутся к аноду. Простейший катод делают в виле проволочки, которая накаливается током. Такие катоды называют катодами прямого нли лепосредс1лвенного накала Больпюе распространение получил катод косвенного накала (лодогревный). Это металлический цилиндр, поверхность которого покрыта активным слоем, эмитирующим электроны. Внутри цилиндра находится подогреватель в виде проволочки, накаливаемой током.
В наиболее распространенной цилиндрической конструкции диода (рис. 15.!) анод имеет форму цилиндра. Цепи диода с катодом косвенного накала показаны на рис. 15.2. Основной является анодная цепь (цень анода). В нее входят анодный источник Е, и пространство между анодом и катодом.
Все электроны, вылетающие из катода, образуют ток эмиссии где Аг — число электронов, вылетающих за 1 с; ц — заряд электрона. Между анодом и катодом образуется отрицательный заряд, называемый обьемным или пространственным и препятствующий движению электронов к аноду. При недостаточном положительном потенциале анода не все электроны могут преодолеть действие обьемного заряда и часть их возвращается на катод. Электроны, ушедшие с катода безвозвратно, определяют катодный ток (ток катода), обозначаемый 7, или 1„: 1„= лц < 1„ (15.2) где л — число электронов, ушедших за 1 с с катода и не возвратившихся.
Е„Еа ге ил г 1ьг Рнс. 15.!. Цилиндрическая конструкция элек- тродов диода Рнс. 15.2. Цепи диода с катодом косвенного накала 207 Чем выше потенциал анода, тем больше электронов преодолевает объемный заряд и уходит к аноду, т. е. тем больше катодный ток. Поток электронов, летящих от катода к аноду и попадающих на анод, называют анодным током йпоком анода). Он протекает в анодной цепи и обозначается 1, или !ьь В диоде катодный и анодный токи равны друг другу: !» = !» . (15.3) Анодный ток является главным током электронной лампы. Электроны этого тока движутся внутри лампы от катода к аноду, а вне лампы — от анода к плюсу анодного источника, затем внутри него и от минуса источника к катоду лампы. При изменении положительного потенциала анода изменяется катодный ток и равный ему анолный ток.
В этом заключается электростатический принцип управления анолным током. Если потенциал анода отрицателен по отношению к катоду, то поле между анодом и катодом тормозит электроны, вылетающие из катода, и возвращает их на катод. В этом случае катодный и анодный токи равны нулю. Основное свойство диода — способность проводить ток в одном направлении, Электроны могут двигаться только от накаленного катода к аноду, имеющему положительный потенциал. Если жена аноде отрицательный относительно катода потенциал, то диод зоперп!, т.
е. он размыкает цепь. Такой анод отталкивает электроны, а сам он не накален и не испускает электронов. Диод обладает односторонней проводимостью и подобно полупроводниковому диоду может выпрямлять переменный ток. В отличие от полупроводникового диода в вакуумном при обратном напряжении обратный ток практически отсутствует. Анодный ток составляет доли милли- ампера в самых маломощных диодах, применяемых в радиоприемниках или измерительной аппаратуре.
В более мощных диодах (кенотронах), работающих в выпрямительных установках для питания аппаратуры, анодный ток достигает сотен миллиампер и более. 208 Разность поп!енциалив между анодом и катодом называют анодным напряжением (напряжением анода) и обозначают 11, или и,. В практических схемах, когда в анодную цепь включена нагрузка, на которой падает часть напряжения анодного источника„анодное напряжение меньше Е,. Нередко возникают ошибки от того, что напряжение анодного источника Е, неправильно называют анодным напряжением.
Но они равны только в том случае, когда зажимы анодного источника непосредственно присоединены к аноду и катоду лампы (см. рис. 15.2). Положительное анодное напряжение у маломощных диодов составляет доли вольта или единицы вольт. У кенотронов средней мощности оно достигает десятков вольт, а у мощных кенотронов сотен вольт и более, Условились принимать потенциал катода за нулевой, так как от катода электроны начинают свое движение. Потенциал любого электрода определяют относительно катода.
У катода прямого накала за точку нулевого потенциала принимают минус источника накала. а д) Рнс. 15пк Упрощенные схемы с диодами Второй цепью диода является цепь накала. Она состоит из источника Е„ н подогревателя (или катода прямого накала). Ток накала обозначают 1„, а напряжение накала, т. е. напряжение между выводами подогревателя (или катода прямого накала), обозначают 12„. Напряжение накала всегда низкое — единицы, реже десятки вольт. Ток накала у маломощных ламп составляет десятки миллиампер, а у мощных — до десятков и даже сотен ампер. Во многих схемах вывод катода соединяют с корпусом 1рис. 15.3,а, б) аппаратуры. 15.3. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ТРИОДА Триоды имеют третий электрод— управляющую сетку, называемую обычно просто сеткой н расположенную между анодом и катодом.
Она служит для электростатического управления анодным током. Если изменять потенциал сетки, то изменяется электрическое поле и вследствие этого изменяется катодный ток лампы. Катод и анод у триодов такие же, как у диодов. Сетка в большинстве ламп выполняется из проволоки. Катод, сетка и анод электровакуумного триода аналогичны соответственно эмиттеру, базе и коллектору биполярного транзистора или истоку, затвору и стоку полевого транзистора. Все, что относится к сетке, обозначается символами с индексом д (от английского слова йгЫ вЂ” сетка). Триод имеет цепи накала и анода, подобные таким же цепям диода, и цепь сечки (рис. 15.4), состоящую из промежутка катод — сетка внутри лампы и источника сеточного напряжения Ек В практических схемах в цепь сетки включают еще и другие элементы.
Разность потенциалов между сеткой и катодом называется сеточным напряжением (иапряжеиием сетки) и обозначается (св или и,. При положительном напряжении сетки часть электронов попадает на сетку' и в ее цепи возникает сеточный ток (так сетки), обозначаемый 1в или ч. Часть триода, состоящая иэ катода, сетки и простран; ства между ними, подобна диоду. Основной и полезный ток в триоде— анодный.
Он аналогичен коллекторному току биполярного транзистора или току Рис. 15.4. Токи в цепях триода стока полевого транзистора. Сеточный ток; аналогичный току базы транзистора, бесполезен и даже вреден. Во многих случаях сеточный ток уничтожают. Для этого напряжение сетки должно быть отрицательным. Тогда сетка отталкивает электроны, Возможность уничтожении вредного сеточного тока существенно отличает триод от биполярного транзистора, который всегда работает с током базы.
В проводе катода протекает суммарный ток, который называется катодным таком: сх са + сд . (! 5.4) Катодный ток аналогичен эмиттерному току биполярного транзистора или току истока полевого транзистора. В триоде катодный и анодный токи равны только при ив с О, так как в этом случае )в = О. Подобно диодам триоды обладают односторонней проводимостью.
Но для выпрямленна переменного тока их применять нет смысла, так как диоды проще по конструкции. Возможность управления анодным током с помощью сетки определяет основное назначение триодов — усиление электрических колебаний. Триоды применяются также для генерации электрических колебаний различной частоты. 15.4. ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ Основным электродом каждого электровакуумного прибора является катод, эмитирующий электроны.
Электронной эмиссией называют процесс выхода электронов из твердых или жидких тел в вакуум или газ. Чтобы вызвать электронную эмиссию, надо сообщить электронам добавочную энергию, которую называют работой выхода. Она различна для разных металлов и составляет несколько электрон-вольт. У металлов, имеющих ббльшие по сравнению с другими межатомные расстояния, работа выхода меньше.
К ннм относятся щелочные и щелочноземельные металлы, например цезий, барий, кальций. Если на поверхности основного металла расположены атомы веществ, от- 209 дающие электроны данному металлу, то наблюдается усиление эмиссии. Такие вещества называются активирую«)имн. Можно также уменьшить работу выхода путем покрытия поверхности металла слоем оксида щелочных и щелочноземельных металлов. Рассмотрим основные виды электронной эмиссии.
Термаэлектронная эмиссия обусловлена нагревом тела, эмитирующего здектроны, и широко используется в электронных приборах. С повышением температуры энергия электронов проводимости в проводнике или полупроводнике растет и может оказаться достаточной для совершения работы выхода. Если вылетевшие электроны не отводятся ускоряющим полем от эмитирующей поверхности, то около нее образуется скопление электронов 1«электронное облачко»). В нем энергии электронов различны и средняя энергия обычно составляет десятые доли электрон- вольта.
«Электронное облачко» находится в динамическом равновесии. Новые электроны вылетают из нагретого тела, а ранее вылетевшие падают обратно. Это явление напоминает испарение жидкости в замкнутом сосуде. Насыщенный пар над такой жидкостью находится в динамическом равновесии: одни молекулы возвращаются в жидкость, а другие, получившие при нагреве достаточную энергию, вылетают из жидкости. В приборах с накаленным активированным катодом (например, оксидным) наблюдается значительное усиление термоэлектронной эмиссии под влиянием внешнего ускоряющего поля !эффект Шатка). Если бы катод не был накален, то эмиссия отсутствовала бы.
А при высокой температуре и наличии внешнего ускоряющего поля вылетает дополнительно много электронов, которые при отсутствии поля не могли бы выйти. При кратковременном действии сильного поля выход электронов из накаленных оксидных и других активированных катодов очень велик. Такая эмиссия в виде кратковременных импульсов тока используется в некоторых электронных и ионных приборах. 2!О Электростатическая !или автоэлектранная) эмиссия представляет собой вырывание электронов сильным электрическим полем. Эту эмиссию иногда называют «холодной»„что неудачно, так как все виды эмиссии, кроме 2ермозлектроиной, можно причислить к «холодным». Выход электронов при нормальной !комнатной) температуре происходит с помощью электрических полей напряженностью не менее 10~ В)см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
