29_kospect_electro (555831), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Это при Е<106 В/см. При болеесильных полях форма потенциального барьера искажается, увеличивается его проницаемость для электронов иони приобретают способность выхода в вакуум сквозь потенциальный барьер.j=f(E) аналогична зависимости j = f(Т), наличие на поверхности мелких неоднородностей приводит кзначительному возрастанию локальной напряженности электрического поля и увеличению потоков электронов изнеоднородных областей.Особенности конструкции электронно-управляемых ламп.Термокатод – катод электровакуумного прибора, действие которого основано на использовании явлениятермоэлектронной эмиссии.Характеристики и параметры: Эмиссионная характеристика – зависимость тока эмиссии катода оттемпературы.Анод – ускоряющий электрод электровакуумного прибора, который обычно служит и выходнымэлектродом, и основным коллектором электронов.
Анод принимает основной поток электронов, проходящихчерез электронно-управляемую лампу. За счет отдаваемой электронами энергии температура анода значительноповышается. Если Ia Ua >Pa макс, то происходит разрушение лампы (сильное разогревание анода приводит кбольшому выделению газов, поглощенных металлом анода, вакуум в лампе ухудшается и под ударамиобразовавшихся ионов происходит распыление катода (разрушение его активного слоя; при чрезмерномнагревании анод деформируется и может замкнуться с другими электродами; при разогреве анода нагреваетсядополнительно и катод, что приводит к потере эмиссии. Максимально допустимая мощность, рассеиваемаяанодом Pa макс. Выделяемая на аноде мощность в основном рассеивается за счет испускания или системыпринудительного охлаждения (за счет теплопроводности лишь малая доля).Мощность рассеяния за счет излучения при температуре Т определяется законом Стефана-БольцманаРа = ǽ σТ4Sа, где(13.6)ǽ- коэффициент излучения, для абсолютно черного тела ǽ=1, а для других тел ǽ<1;σ – коэффициент Стефана-Больцмана;Sа – поверхность анода.Предельная температура, при которой может работать анод.
Сохраняя свои свойстваI aU aǽS aσ(13.7)Для изготовления анодов применяют никель, молибден и тантал, в лампах с принудительнымохлаждением анода – медь.Увеличение Sa (ребристости поверхности) и увеличение ǽ (аноды покрывают в процессеизготовления слоем угля, порошком циркония, титана или молибденовой черни). Блестящий никель ǽ =0,08, у матированного никеля 0,25, у черного никеля 0,95.Об электронных процессах в лампах дают наглядноепредставлениепотенциальныедиаграммы,показывающиераспределение потенциалов в междуэлектродном пространстве.Потенциал катода принят равным нулю, анода - Ua.1 – без электронной эмиссии;2 – с учетом пространственного заряда эмитированных электронов.Минимум потенциала при уменьшении анодногонапряжения Кривой 3 соответствует касательной в началекоординат.
Ускоряющее Рис.13.3 Распределение потенциалав междуэлектродном пространстве.напряжение, все эмитированные электроны попадают на анод. ПриUa< Ua нас в пространстве между электродами появляется участок сотрицательным потенциалом. Uмин вблизи катода на расстоянии хm,хm- сотые или десятые доли миллиметра, Vмин- десятые доли вольта.Электрическое поле на участке 0-Хm является тормозящим.На практике диоды и другие типы электронных ламп использующиеся в режимепространственного заряда.Рассмотрим зависимость анодного тока от напряжения (закон «трех вторых»):Т предел =При плоской геометрии электродов при Ua > Uмин, можно пренебречь минимумом потенциала.При Х>0, U=0, E=0, dx/dt=0 (при х=0)При х=d, U=UaПроцессы в диоде описываются тремя уравнениями:d 2Uenmv2=−;j=-env;= eU2dxε02Где:en–n – концентрация электронов в объемном заряде.Исключив n и υ, получаем:(13.8)плотность объемного заряда;d 2UIа= aU −1 / 2 , где а =2dxS a ε 0 2e m(13.9)а – постоянная величина в любом сечении диода;Sа – площадь анода2d dU dU 1/ 2 = 4adx dx dxИнтегрируя с учетом граничных условийU−1 / 4(13.10)d U = 2 aU 1 / 2(13.11)Интегрируя вторичноU 2/4U = 2 ax3Отсюда получаем соотношение между анодным током и потенциалом в точке хε0=8,85окончательно10-12Ia =Ueε0 29mФ/м;S 0 3/ 2Ux2(13.12)(13.13)е/m=1,76 1011 Кл/кг, приняв х=d, U=UaS a 3/ 2Ud a2Это выражение закон «трех вторых», устанавливает связь между анодным током инапряжением.
Эта связь не линейная, что обусловлено влиянием объемного заряда электронов наэлектрическое поле в диоде (Рис.13.5).Для цилиндрической системы электродовI a = 2,33 ⋅10 −6I a = 2 ,3 3 ⋅1 0−6S2aar β2U3/ 2β2 4a = f rk (13.14)(геометрические размеры в см, ток в амперах, напряжение ввольтах) .Для любой конфигурацииэлектродов IaAUa3/2 , где А –некотораяфункцияформыирасположения электродов.Рис.13.5В зависимости от функционального назначения лампы бывают: генераторные, модуляторные,усилительные, выпрямительные.По роду работы – непрерывного и импульсного действия.По диапазону частот – низкочастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные.Простейшей электронной лампой является диод.
Более сложные – триод, пентод, гексод, тетод, октод,эннод, декод, тетрод (от греческих чисел, определяющих число электродов в лампе).Комбинированные электронные лампы (две и более систем электродов, но имеющие аноды один и болееобщих электродов).Рассмотрим характеристики и параметры диода в статическом режиме и с нагрузкой.Основная характеристика – анодная Ia=f(Ua) припостоянном напряжении накала (Рис.13.7).Состоит из трех участков:1 – при отрицательном напряжении Ua небольшой анодныйток за счет начальных скоростей электронов, имитируемых катодом.Запирающий потенциал Ua= - (1…2)В.Ia=I0 exp (- eU0/ KT) анодный ток при заданном отрицательномнапряжении; I0 при Рис.13.7Ua>0 (~несколько десятков мкА).2 участок: анодный ток меньше тока эмиссии катода(режим пространственного заряда) определяется законом «трехвторых».3 участок: режим насыщения.
Все эмитируемые катодом электроны достигают анода.Iнас=Iэ. Однако экспериментально не удается получить насыщения из-за автоэлектронной эмиссии катода eU − e eE I a = I E = A ⋅ T 2 exp − 0KT(13.19)Основные параметры диода: крутизна анодной характеристики (S), внутреннее сопротивление Ri,предельное нагрузочное напряжение Uобр и максимальная мощность, рассеиваемая анодом Paмакс.Крутизна анодной характеристики:S=Из закона «трех∆I a∆U adI adU a→ S=S = 3,5 ⋅10 − 6Sa2ar β2(13.20)S (1 10мА/В)вторых»U 1a / 2(13.21)сопротивление диода переменному току:ВнутреннееRi =∆U a∆I a→ S=dU adI aRi = 1(13.22)SRi - несколько десятков Ом до нескольких кОм.Сопротивление диода постоянному току : R=Ua/Ia.(13.23)Предельное обратное напряжение Uобр – максимальное напряжение между анодом и катодом, котороевыдерживает без пробоя лампа при отрицательном потенциале анода.Максимальная мощность, рассеиваемая анодом Paмакс.Номинальный ток Iн и напряжение накала Uн, ресурс работы (срок службы).Диоды – это кенотроны и детекторные диоды.КПД выпрямителя:2η=I a Ra2I a Ra + I aU a + I нU н(13.24)Лекция 17.
Основы вакуумной электроники (продолжение)Физические процессы в вакуумном триоде. Закон «трех вторых» для вакуумного диода. Действующеенапряжение и проницаемость. Внутреннее уравнение вакуумного триода. Статические характеристики ипараметры. Работа триода с нагрузкой.. Источники шумов в вакуумных электронных приборахТриодом называется электронно-управляемая лампа, имеющий анод, катод и управляющий электрод,называемый обычно сеткой. Назначение управляющей сетки – регулирует ток между электродами Ia.Действующее напряжение, проницаемость и распределение токов между электродами.Вводится понятие действующих напряжений для электронной лампы.
Это результирующее напряжениеприложенное к одному из электродов для нахождения зависимости Ia=f(Uc,Ua)Для триода равенство зарядов у катода при замене анода и сетки на один электрод равенств полей изарядов у катодов триода и эквивалентного Рис.13.6диода (Ет=Ед, qт=qд)qт = Сaк Ua + Сcк Uc ;qд =СU д ;qr = qд ;Uд =С–емкостьвэквивалентномВыражение для действующего напряженияUд =Сaк U a + Сcк UcСU c + DUa1+ Dдиоде,(13.15)D – проницаемость определяет экранирующее действие сетки на распределениетока анода D<1.U д ≈U c + DU aЗакон «трех вторых» для триода: U + DUa I a + I c = a ′ c 1+D 3/ 2a ′ = 2,33 ⋅10 − 6r β 2 = f c rk S a = 2π rea2π re aS0= 2,33 ⋅ 10 −62 2ra βra rc β 2(13.16)rc- радиус сетки,rk – радиус катода, характеризующий распределение токовРежим триода характеризуемый распределением при Ua>0, Uc>0, (Uc<Ua) – режимпрямого перехватаξ=IaUa=δIcUc, где(13.17)- коэффициент распределения токов;δ – величина зависимости от геометрии электродов.Режим Ua>0, Uc≥Ua, режим возвратаξ =δUaUcr ≈ 0,5(13.18)Режим Ua>0, Uc<0Триод характеризуют четыре зависимости:Изолированный: Ia=f(Ua) при Uc=const; анодная характеристика(Рис.13.8)Ia=f(Uс) при Uа=const; анодно-сеточная (Рис.13.9)Iс=f(Ua) при Uc=const; сеточно-анодная (Рис.13.10)Iс=f(Uс) при Uа=const; сеточная (Рис.13.11)Рис.13.9Рис.13.8Анодная характеристика – полукубическая парабола с вершиной в началекоординат при Uс=0.I a ≈ K ′(U c + D⋅U 0 )3 2Рис.13.11Рис.
13.10Анодно-сеточная характеристика – тоже полукубическая парабола, начинается отначала координат Uc0= - DUa Пунктир (теория) отличие из-за краевых островныхэффектов при отрицательных Uc. При положительных Uc – из-за токов в цепи сетки.Важнейший параметр триода – проницаемость D (определяется похарактеристикам:D =-dU cdU a, при I a = constПриращение dUc и dUа должно быть разных знаков для поддержанияIa = const.(13.25)Коэффициент усиления:µ =−dU adU c, при Ia = constµ ≈ 4 100 µ =1D(13.26)- вырастает с увеличением расстояния анода от сетки, а также при уменьшениишага сетки и увеличении диаметра ее витков.Крутизна характеристики:S=dI adU cпри U a = constS = 3,5 ⋅10 − 6Sa(Uc + D ⋅ U a )1 / 2ra rc β 2(13.27)Для увеличения S необходимо уменьшать расстояние между сеткой и катодом.Внутреннее сопротивление триода:Ri =dU adI aпри U c = constRi ≈ (4,5...100) kOm(13.28)Взаимосвязь параметров µ, S, RidI ′a =∂I a∂I1dU a + a dU c = ∂U a + SdUc , при dI a = 0, I a = const∂U a∂U cRi1dU a∂U a + SdU c = 0 µ = −RiUc(13.29)µ = SRi(13.30)Это внутреннее уравнение лампы.Рассмотри триод как элемент усилительной схемы:Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
