Учебник - Электричество - Калашников С.Г. (1238776), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Скорость коцденсации электронов можно просто вычислить, а следовательно, нетрудно найти и скорость испарения. Чтобы получить формулу (158.1), нужно учесть квантовые свойства электронного Сиза (З 155). Равновесную концентрацию электронов над металлом можно найти по формуле (155.11), которая применима как для электронов внутри металла, так и для электронов в вакууме. Под И' нужно понимать энергию алектронов в вакуулсе: "'=""+2 "'*+Рт+Р) где гп в данном случае есть не эффективная, а истинная лласса электрона. Кроме того, так как И'О больше Р иа много кТ, единицей в знаменателе формулы (155.11) можно пренебречь. Поэтому лля концентрации в вакууме электронов, импульсы которых лежат в интервале НР»»1РО с1р,, имеем 2 / И" — Р'1 »1п = — ехр ( — — )»1Р» »1Р ЙР й ЕТ 2т57 Направим теперь ось Х перпендикулярно поверхности в глубь металла.
Тогда для электронов, движущихся по направлению к металлу, р > О. Число электронов с даниылли составляющилли импульса, встречающих единицу поверхности металла в единицу времени и входящих из вакуума в металл, равно э»»1п, где о = р,/т есть х-составляющая тепловой скорости электронов. Число электронов, выходящих из металла в вакуум и имеющих импульсы в вакууме в том же интервале с(р» »1Р„Ор„будет таким же, так как метэлл и электроны над ним находятся в равновесии. Вклад указанной группы электронов в плотность тока равен С(2', = Š— ИП. Р* пл Полная плотность тока насыщения получается интегрированием этого выражения по всем возможным положительным значениям р . Составляющие же импульса р„и р, (параллельные поверхности) могут иметь любые значения.
Следовательно, 2 е / И'Π— Р'л у» ОΠ— — ехр (— ),2, ( 12Т ) )х ОО 2 ЭОО 2 ЕСО 2 х )г ехр(- — ")Р,»1Р ~ ехр(-2 ~Т) »1Р» )Г ехр(-2 5Т) '1Р» о — ОΠ— СО элвктРОННАя ЛАМПА КАк ВЫПРямитвль 800 1 159 Каждый из интегРалов по Р„и Р, выРажаетсЯ фоРмУлой (155.6) и Равен (2ягнйТ)нэ. Интеграл же по р вычисляется непосредственно интегрированием по частям и дает гнАТ. Поэтому мы получаем 4ятек~ 2 ~ И~~ — Г) 53 т.е.
формулу (158.1). Постоянная А оказывается равной А = 4лгнек /5 = 12,0 10 А/(м К') = 120 А/(см К ). Измеряя на опыте зависимость тока насыщения от температуры, можно определить работу выхода ф для данного металла. Работа выхода для некоторых металлов приведена в табл. 10. Для всех металлов она имеет величину порядка нескольких электронвольт. Теблине 11 Наряду с термоэлектронной эмиссией существуют и другие явления, позволяющие определить работу выхода (фотоэлектрический эффект, контактная разность потенциалов).
Значения работы выхода для металлов, определенные различными методами, удовлетворительно совпадают друг с другом. 8 159. Электронная лампа как выпрямитель Так как раскаленный катод электронной лампы испускает только электроны, но не положительные ионы, лампа пропускает ток только тогда, когда ее катод соединен с отрицательным полюсом источника. При перемене полярности приложенного напряжения все термоэлектроны возвращаются в катод и ток через лампу не проходит. Поэтому лампа обладает односторонней проводимостью.
Всптильпоо действие диодов широко использугот для устроиства выпрямителей, предназначенных для превращения переменного тока в постоянный. Простейшая схема выпрямителя с электронной лампой показана на рис. 274. Переменное напряжение между точками А и Б (входное напряжение У,„) изменяется во времени согласно кривой а. Вследствие вентильного свойства лампы ток в нагрузочном сопротивлении г имеется только в те полупериоды, когда лампа пропускает ток.
Поэтому выходное напряжение (/,ык на сопротивлении г изображается кривой б и мы получаем пульсирующее напряжение одного знака. Чтобы избавиться от пульсаций, между диодом и нагруз- кой включают фильтры. Простейший из них представляет собой 370 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОКИ В ВАКУУМЕ ГЛ. ХУ конденсатор, включенный параллельно нагрузке. При нарастании напряжения конденсатор быстро заряжается, но затем, при уменьшении входного напряжения, медленно разряжается только через нагрузочное сопротивление г, так как электроны в диоде не могут идти от анода к катоду. В результате получается выходное напряжение, изображаемое кривой в.
Пульсации напряжения тем меньше, чем больше постоянная времени цепи гС. При увеличении г постоянная А составляющая напряже- У ния Уо стремится к мак- Б симальному (пиковому) значению входного наш пряжения. На рис. 275 показал на схема двухполупериодного выпрямителя. В каждый момент времени работает лишь одна из ламп, а именно та, напряжение на которой соответствует пропускному х направлению и заряжает Уен» Рис. 274.
Выпрямитель с электронной Рис. 27о. Схема двухполулампой периодного выпрямителя соединенный с нею конденсатор. Оба конденсатора соединены последовательно, и поэтому выходное напряжение выпрямителя (в отсутствие нагрузки) равно удвоенному пиковому значению входного напряжения. 2 160. Трехэлектродная электронная лампа (триод) Основное техническое значение электронных ламп определяется тем, что электронным током в лампе легко управлять. Для этого внутрь лампы вводят один или несколько дополнительных 1 160 тРехэлектРОДНАЯ элекТРОнная лАмпА 1триОД) 371 металлических электродов; их чаще всего делают в виде проволочных спиралей и помещают между катодом и анодом.
Эти дополнительные электроды получили название сеток. Рассмотрим трехэлектродную лампу, или триод. Она имеет накаливаемый катод, анод и единственную сетку (рис. 276). Электронный ток в такой лампе зависит не только от потенци- Рис. 276. Управляющее действие сетки ала анода, но и от потенциала сетки относительно катода. Если потенциал сетки равен нулю, то число электронов, достигающих анода, будет практически то же, что и в отсутствие сетки (а). При положительном потенциале сетки пространственный заряд в лампе уменьшится и ток анода будет больше. Напротив, при отрицательном потенциале сетки пространственный заряд увеличится; вследствие этого часть термоэлектронов будет возвращена обратно в катод и ток анода будет меньше, чем в отсутствие сетки (б). При увеличении отрицательного потенциала сетки анодный ток будет уменьшаться (в) и при некотором потенциале сетки ток в лампе будет заперт вовсе (г).
Этот запирающий отрицательный потенциал, очевидно, будет тем больше, чем выше положительный потенциал анода. Из сказанного ясно, что, изменяя потенциал сетки, мы можем изменять и ток анода, т.е. им управлять. Так как масса электронов ничтожна, то инерция триода очень мала и его управляющее действие сохраняется даже при очень быстрых изменениях потенциала сетки. Рассмотрим подробнее, от чего и как зависит сила термозлектронного тока в трехэлектродной лампе. Картина электрического поля триода схематически представлена на рис. 277.
При наличии сетки линии напряженности, которые заканчиваются частично на катоде, а частично на электронах пространственного заряда, исходят не только из анода Л, но и из проволок сетки С. Поэтому электрическое поле вблизи катода, а значит, и пространственный заряд зависят как от потенциала авода Сса, так и от потенциала сетки Ос. Однако, так как анод частично экранируется сеткой, влияние потенциала гл хч электРические токи В ЕАкууме анода слабее, чем влияние потенциала сетки, и поэтому можно положить, что полный ток с катода определяется некоторым результирующим или управляющим напряжением с7 = У, + РУ,.
(160.1) Здесь Р— величина, зависящая от устройства лампы, причем Р < 1. Ке значение тем меньше, чем гуще сетка и чем ближе она расположена к катоду. Величина Р получила название проницаемости сетки, а обратная ей величина К = 1/Р (160.2) — коэффггциента усиления лампы (см. ниже), Из сказанного следует, что ток с катода, или полный ток лампы г, есть функция управляюще- К го напряжения: Ркс 277 Электрическое по- = Д17, + Р(7 ).
(160,3) " ' ( """ Часть электронного потока ламчески) пы попадает на сетку, и в цепи сетки возникает некоторый ток г . Очевидно, что полный ток лампы есть сумма токов анода и спеки: (160.4) г = г, + г,. Отметим, что появление заметного тока сетки представляет собой нежелательное явление, так как приводит к бесполезному расходу мощности в цепи сетки. Однако в болыпинстве случаев ток сетки мал по сравнению с током анода, и поэтому можно положить г, - г = 7 (17с + РС7,).
(160.5) Свойства триода можно вполне определить, задавая кривые зависимости анодного тока г от напряжения сетки 17с при различных значениях напряжения на аноде 17 в качестве параметра. Такие кривые называют сета гными характеристиками триода; они приведены на рнс 278. Из этих кривых видно, что одно и то же значение г, можно получить при разных значениях напряжения Ус. Чем выше потенциал анода сгк, тем ниже должен быть потенциал сетки Рс для получения одного и того же тока; или, иначе, при повышении потенциала анода сеточные характеристики смещаются в сторону уменьшения потенциала сетки. Величина '=(й), (160.6) характеризует быстроту изменения анодного тока при изменении потенциала сетки, или крутизну характеристики.
Индекс 374 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОКИ В ВАКУУМЕ гл. ху часто называют его внутренним сопротивлением. Из формулы (160.7) видно, что внутреннее сопротивление триода равно тангенсу угла наклона анодной характеристики к оси токов в данной точке. Оно характеризует быстроту изменения анодного напряжения при изменении анодного тока. Крутизна характеристики Я и внутреннее сопротивление В; триода в рабочей точке, а также проницаемость сетки .0 являются важнейшими величинами, характеризующими триод. Эти величины не являются независимыми.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
