saveliev2 (797914), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Эта кривая называется вольт-ампериой характеристикой. При О, = 0 вылетевшие из катода электроны образуют вокруг него отрицательный пространственный заряд — электронное облако. Это облако отталкивает вылетающие из катода электроны и ббльшую часть их возвращает обратно. Все же небольшому числу электронов удае~ся долететь до анода, в результате чего в аиодиой цепи будет течь слабый ток. Чтобы полностью прекратить попадание на анод электронов, т. е.
сделать 1» равным нулю, необходимо приложить между катодом и анодом некоторое отрицательное напряжение. Следовательно, вольт-амперная характеристика диода начинается не в нуле, а немного левее начала координат. При малых положительных значениях (/х сила анод- ного тока изменяется пропорционально (/,~*. Теоретически эта зависимость была получена Ленгмюром и Богуславским и называется 'законом трех вторых. По мере роста (/, все большее число электронов отсасывается электрическим полем к аноду и, наконец, при определенном значении (/, электронное облако полностью рассасывается и все вылетевшие из катода электроны получают возможность достигнуть анода. Дальнейший рост У, не может увеличить силу анодного тока — ток достигает насыщения.
Очевидно, что именно ток насыщения характеризует термоэлектронную эмиссию. Если в единицу времени с единицы поверхности катода вылетает l /у электронов, то плотность тока насыщения (сила тока насыщения, отнесенная к единице поверхности катода) будет равна / „ = 1Уе. Таким образом, измеряя плотность тока насыщения при различной силе тока накала, можно найти количество электронов, вылетающих с единицы поверхности при разных температурах. На рис. 156 изображены вольт-амРзс !зт перные характеристики для несколь- ких температур. При малых (/, они совпадают. Зависимость плотности тока насыщения от температуры показана на рис.
157. Квантовая теория приводит к следующей формуле: (75.1) где ьчр — работа выхода, А — ие зависящая от рода металла константа, теоретическое значение которой равно 1,20 * 10' а/м' град' (!20 а/смз грабз). Экспериментальные значения А получаются примерно в два раза мень- шими, чем теоретическое. Ход / , с температурой формула передает вполне удовлетворительно.
Формула (75.1) называется формулой Ричардсона Дэшмана или просто формулой Ричардсона '). Как следует из (75.!), уменьшение е~р резко повышает эмиссию (легко убедиться в том, что при !1б0'К, т. е. при ЙТ = 0,10 эв, уменьшение ееэ от 3 до ! эв приводит к возрастанию 1, почти в 5 ° 10а раз), Поэтому при изготовлении электронных ламп применяются специальные покрытия и способы обработки катодов, приводящие к снижению работы выхода.
Современные так называемые оксидные катоды, изготовляемые из никеля, покрытого окисью бария или стронция, имеют работу выхода порядка 1,0 — 1,2 ээ. В предыдущем параграфе отмечалось„что внешнее поле уменьшает высоту потенциального барьера и тем самым снижает работу выхода (эффект Шоттки). Это приводит к тому, что и после достижения насыщения сила тока в диоде немного растет с увеличением (7,. Следовательно, соответст- вующий участок вольт-ам- т перной характеристики не горизонтален (как изображено на рис. 156), а идет под небольшим углом к оси О,.
Диод пропускает ток только в том случае, когда потенциал анода выше, чем катода. При отрицательном напряжении ток в анодной цепи отсутствует. Это свойство диода позволяет использовать его для выпрямления переменного тока. Диод, предназначенный для этой цели, называют также кенотроном. На рис.
158 показан график тока, текущего через кенотрон, если на него подается переменное напряжение, изменяющееся со временем по гармоническому закону. В этом случае ток в цепи течет лишь в течение половины периода, в связи с чем такой способ выпрямленна тока называется однополупериодным, Используя одновременно два кенотрона ') Ричардсон вывел классическую формулу для термоалектронной вмясснн, которая отличается от (75.!) лншь тем, что вместо Т' в нее входят У' Т. Формула (7бя) была получена Дэшменоьь или двойной диод, собранный в одном баллоне, можно осуществить двухполупериодное выпрямление, Соответствующая схема изображена на рис. !59.
Первичная обмотка трансформатора пи. тается переменным током. Вторичных обмоток две, Меньшая служит для накала катода. Ббльшая обмотка имеет средний вывод, который через на. грузку 11 соединен с катодом. Концы обмотки идут к анодам, Одну половину периода под более высоким потенциалом, чем катод, нахо- Рис.
159 дится один анод, вторую половину — другой. В 'результате через нагрузку течет ток, изображенный графически на рнс. 160. Такой пульсирующий ток можно сгладить. Если между катодом и анодом поместпть третий электрод в виде сетки, получится трехэлектродная лампа— триод (рис. 161; цепь накала на схеме опущена). Сетка может быть выполнена, например, в виде спирали, обвиваю- ЙЙ // Ф Ф/ Рис. !61. Рис. 1бе. щейся вокруг катода. Если сообщить сетке небольшой положительный потенциал по отношению к катоду (в этом случае напряжение (/, между сеткой н катодом мы будем считать положительным), электроны будут быстрее отсасываться от катода. Некоторые из них попадут на сетку (в результате чего возникнет небольшой сеточный ток 1с), но основная часть пролетит сквозь сет- ку и достигнет анода. Из-зз близости сетки к катоду небольшие изменения напряжения между сеткой и,катодом оказывают большое влияние на силу анодного тока.
Отрицательное сеточное напряжение У, уменьшает анодный ток и при достаточно большом отрицательном напряжении У, ток прекрашается полностью — лампа оказывается запертой. Если построить зависимость анодного тока (, от сеточного напряжения О, при постоянном анодном напряжении 0м получается кривая, Рис. ! з2. изображенная на рис. 162. Совокупность таких кривых, построенных для разных значений Ум образует семейство сеточных ха р актер исти к триода. Величина ~=."й (75.2) ~~с называется крутизной характер исти хи. Значительная часть характеристики прямолинейна.
Подавая на сетку небольшое синусондальное напряжение 0„можно получить большие синусоидальные изменения анодного тока. При этом с сопротивления к может быть снято переменное напряжение с гораздо большей амплитудой, чем амплитуда У,. На этом основано действие триода как усилителя. Кроме того, триод может. быть использован для преобразования (изменения формы) и генерирования (возбуждения) переменных токов и напряжений. 273 $8 и. В, сааельев, е и Для улучшения характеристик электронной лампы в нее вводятся дополнительные электроды — сетки.
Четы рехэлектродная лампа называется тетродом, пятиэлектродная — пентодом и т. д. Широкое применение получили также лампы, в которых в одном баллоне совмещены две системы электродов. Каждая такая лампа выполняет функции двух ламп. й 76. Контактная разность потенциалов Если привести два разных металла в соприкосновение, между ними возникнет разность потенциалов, которая называется контактной. Прн этом в окружающем металлы пространстве появляется электрическое поле. На рис. 1бЗ изображены эквипотенциальные поверхности (сплошвые линии) и линии напряженности (пунктирные) этого поля; поверхность с каждого из металлов является эквипотенциальной.
Контактная разность потенциалов вызывается тем, что при соприкосно- Ъ венин металлов часть электронов из одного металла переходит в другой. В верхней части рис. Рис. 1Я. 164 изображены два ме- талла — слева до приведения их в соприкосновение, справа — после. В нижней части рисунка дан график потенциальной энергии элен- трона. Уровень Ферми в первом металле лежит по предположению выше, чем во втором.
Естественно, что при возникновении контакта между металлами электроны с самых высоких уровней в первом металле станут переходить на более низкие свободные уровни второго металла. В результате потенциал первого металла возрастет, а второго — уменьшится. Соответственно потенциальная энергия электрона в первом металле уменьшится, а во втором увеличится (напомним, что потенциал металла и потенциальная энергия электрона в нем имеют разные знаки; см. рис. 152), 274 В статистической физике доказывается, что условием равновесия между соприкасающимися металлами (а также между полупроводниками яли металлом и полупроводником) является равенство полных энергий, соответствующих уровням Ферми (рис.
164; в этом случае уровни Ферми располагаются на одинаковой высоте). При г г г Рис. !ьк соблюдении такого условия потенциальная энергия электрона в непосредственной близости к поверхности первого металла будет на (ерз — е!р!) меныпе, чем вблизи второго металла. Следовательно, потенциал на поверхности первого металла будет на (7 м!ч — е9~ е (76.1) выше, чем на поверхности второго. Величина Цр и есть контактная разность потенциалов между первым и вто рым металлами. Как видно из формулы (76.1), контактная разность потенциалов между первым и вторым металлами равна разности работ выхода для второго и первого металлов, деленной на элементарный заряд, или просто разности потенциалов выхода для второго и первого металлов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
