И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 69
Текст из файла (страница 69)
Если анодное напряжение увеличивается, то барьер становится ниже, его преодолевает больше электронов и аиодный 219 да 220 ток возрастает. При уменьшении анод- ного напряжения потенциальный барьер повышается, меньше электронов может его преодолетгь больше электронов возвращается на катод, т. е. анодный ток уменьшается. 16.2. ЗАКОН СТЕПЕНИ ТРЕХ ВТОРЫХ Для диода, работающего в режиме объемного заряда, анодный ток и анодное напряжение связаны нелинейной зависимостью, которая приближенно выражается законом сгпепени горек вторых: й =Фа (16.3) где коэффициент д зависит от геометрических размеров и формы электродов. Анодный ток пропорционален анод- ному напряжению в степени три вторых (3/2), а не в первой степени, как в законе Ома. Если увеличить, например, анодное напряжение вдвое, то анодный ток возрастет в 2,8 раза (так как 2ак = )/2' = 2,8), т.
е. станет на 403', больше, чем должен быть по закону Ома. Графически этот закон изображается полукубической параболой (рнс. 16.4). Закон степени трех вторых неприменим Рнс. 16.4. Теоретическая анолная характернстнха диода, нлн график закона степени трех вторых (полукубнчесхая парабола) для режима насыщения, когда = ), = сопзг. Кривую ОАБ иногда называют теорегпической характеристикой диода. Для диода с плоскими электродами д 233 10-~Д /йа (164) где Д, — действующая площадь анода; ам„— расстояние анод — катод. Истинная зависимость между анодным током и анодным напряжением заметно отличается от закона степени трех вторых.
Но, несмотря на неточность, закон степени трех вторых в простой форме учитывает нелинейные свойства лампы. 16.3. АНОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА А под ная характеристика диода выражает зависимость анодного тока от анод- ного напряжения при постоянном напряжении накала. Действительная характеристика (рис. 16.5) отличается от характеристики по закону степени трех вторых, которая изображена штрихами на рисунке. Это различие объясняется тем, что закон степени трех вторых является приближенным, так как при его выводе сделан ряд упрощающих предположений.
Начальным током )о часто пренебрегают и изображают характеристику выходящей из нулевой точки. С увеличением напряжения накала точка А сдвигается влево, так как начальная скорость электронов увеличивается. Средний участок (БВ) характеристики приближенно считают линейным. Участок ВГ соответствует плавному переходу от режима объемного заряда к режиму насыщения. В области насыщения (участок ГД) прн повышении анодного напряжения анодный ток растет. Это объясняется эффектом Шатки и дополнительным нагревом катода от анодного тока. У оксидных катодов эффект Шатки выражен сильно и допол- Рнс. 16.5. Действительная анолная характе- ристика диода ннтельный нагрев от анодного тока значителен, так как сопротивление оксндного слоя большое и анодный ток соизмерим с током накала.
Рост анод- ного тока в режиме насыщения у оксидного катода настолько велик, что перехоц от режима объемного заряда к режиму насыщения по характеристике обычно установить нельзя. 16.4. ПАРАМЕТРЫ Параметры диодов характеризуют их свойства и возможности применения.
Некоторые из этих параметров нам уже известны. Это напряжение накала ток накала 1„и ток эмиссии катода 1,. Рассмотрим другие параметры. Крутизна (5) показывает, как изменяется анодный ток при изменении анодного напряжения на 1 В. Если изменение анодного напряжения Лиа вызывает изменение анодного тока Ж„ то крутизна Ааа/Аиа. (16.5) Крутизну выражают в миллиамперах на вольт или амперах на вольт.
Если крутизна равна, например, 4 мА/В, это означае~, что изменение анодного напряжения на 1 В вызывает изменение анодного тока на 4 мА. По существу, крутизна представляет собой проводимость пространства между анодом и катодом для переменной составляющей анодного 'тока. Термин «крутизна» неудачен, так как для более сложных ламп параметр с тем же названием имеет иной физический смысл. Для определения крутизны из характеристики диода (рис.
16.6) берут приращение анодного напряжения Ли, на заданном участке АБ и соответствующее ему приращение анодного тока Л(, (метод двух точек). Крутизна пропорциональна тангенсу угла наклона и касательной в точке Т относительно оси и,: 5лк = Его а, (16.6) где. й — коэффициент, выражающийся в единицах проводимости и учитывающий масштаб тока и напряжения.
Рнс. 16.6. Определение крутизны диода ме- тодом двух точек Нельзя писать 5 = 1ки, так как тангенс не есть проводимость. Если участок АБ нелинейный, то найденная методом двух точек крутизна 5лк является средней для данного участка. Она приближенно равна крутизне для точки Т посредине участка АБ, т, е. 5лк = 5т. При переходе на нижний участок характеристики крутизна уменьшается и приближается к нулю. Принято указывать, для какой точки или для какого участка характеристики приводится крутизна. Например: 5 = 1,5 мА/В при и,=2 В. Современные диоды имеют крутизну в пределах 1 — 50 мА/В. В маломощных диодах она не превышает единиц миллиампер на вольт. В импульсном режиме крутизна достигает сотен милли- ампер на вольт.
Крутизна зависит от конструкции электродов лампы. Внутреннее дифференциальное сопротивление (Яа) диода представляет собой сопротивление пространства между анодом и катодом для переменного тока. Оно является величиной, обратной крутизне: И; = Ли,/Л(, = 1/5 (16.7) и обычно составляет сотни, а иногда десятки ом. Меньшее значение К, у более мощных ламп. При переходе на нижний участок характеристики значение К, возрастает, стремясь к бесконечности в начальной точке характеристики. Определение К; из характеристики аналогично определению крутизны.
Наиболее удобен метод двух точек. 221 Не следует смешивать сопротивление й; с внутренним сопротивлением диода для постоянного тока Вел (! 6.8) ~0 иа/!ы Обычно сопротивление й несколько больше )(ь Из закона степени трех вторых следует, что йь = '/зать но практическое соотношение может быть иным. Значением, тем меньше, чем меньше расстояние анод — катод и чем больше действующая площадь анода. 1б.5. РАБОЧИЙ РЕЖИМ. ПРИМЕНЕНИЕ ДИОДА ДЛЯ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Режим работы диода с нагрузкой графоаналитически рассчитывается так же, как и для полупроводникового диода (см.
гл, 3). Однако обычно нельзя пренебрегать падением напряженна на вакуумном диоде, так как оно в зависимости от типа диода составляет единицы, десятки и даже сотни вольт. Все сказанное о работе выпрями- тельных схем с полупроводниковыми диолами можно повторить для схем выпрямлення с помощью вакуумных диодов. Особенность вакуумных диодов — отсутствие обратного тока. Вакуумные диоды для выпрямленна переменного тока электросети (кенотроны) могут работать при высоких обратных напряжениях — сотни и тысячи вольт.
Поэтому нет необходимости в последовательном соединении кенотронов. Для кенотронов, работающих в выпрямителях, опасно короткое замыкание нагрузки. В этом случае все напряжение источника будет приложено к кенотрону и анодный ток станет недопустимо большим. Происходит перегрев катода и его разрушение. Анод также перегревается. Ухудшается вакуум за счет выделения газов из перегретых электродов.
Газ ионизируется. Положительные ионы бомбардируют катод, способствуя его перегреву и разрушению. При выпрямлении токов очень высокой частоты вредно влияет емкость 222 анод — катод диода С,.„. Она состоит из емкости между электродами и емкости между выводными проводниками.
Значение С,.„ достигает единиц пикофарад у маломощных диодов. На низких частотах эта емкость шунтирующего влияния не оказывает, так как ее сопротивление составляет миллионы ом. А на частотах в десятки мегагерц и выше сопротивление емкости становится соизмеримым с внутренним сопротивлением диода и даже меньше его. Тогда переменный ток проходит через эту емкость и выпрямляющее действие диода ухудшается.
Например, если диод имеет й< —— = 500 Ом и С,„=4 пФ, то при частоте 200 Гц сопротивление емкости хс — — 1/(аьС, „) = 10'з/(2п 200 4) = = 200 10ь Ом = 200 МОм. Практически через такое сопротивление ток не проходит. Зато прн /' = 200 МГц сопротивление хс станет равным 200 Ом и будет сильно шунтнровать диод. Для диодов надо учитывать максимальные допустимые значения их параметров. Если в секунду на анод попадает )9 электронов и каждый из них обладает энергией та~/2, то мощность, отдаваемая электронным потоком на нагрев анода, Р, = )атее/2.
(16.9) Энергию электроны получают от ускоряющего поля. Пренебрегая их начальной энергией, можно считать, что те~/2 - 9и„. Тогда Р, = )ч'йи,. (16.!О) Произведение д/9 есть количество электричества, попадающее за 1 с на анод, т. е. анодный ток (ь. Поэтому окончательно (16.11) )а йиа Мощность Р, — это потерянная мощность, так как нагрев анода бесполезен и даже вреден. Принято называть Р, мощностью, выделяемой на аноде, или мощностью потерь на аноде, Не следует эту мощность считать максимальным допустимым параметром лампы, так как она может иметь самые различные значения в зависимости от анодного напряжения. Анод нагревается также за счет теплового излучения катода, но Р, есть только мощность электронной бомбардировки.
Чем болыпе Р„тем сильнее нагрев анода. Он может накалиться докрасна и даже расплавит ься. Максимальная допустимая мощность Р,„ зависит от размеров, конструкции, материала анода и способа его охлаждения и составляет от долей ватга до многих киловатт. Чтобы анод не перегревался, должно соблюдаться условие Ра Ранах ()б (2) При импульсном режиме мгновенная мощность, выделяемая на аноде, может быть очень большой, но средняя мощность не должна превышать Р,„и.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
