Кристалл CdS 6 страница

<у = и₂/и₁. (15.5)

Коэффициент а зависит от вещества тела, структуры его поверхности, энер­гии первичных электроцов, угла их паде­ния и некоторых других факторов. Для чистых металлов максимальное значение с бывает в пределах 0,5—1,8. При нали­чии активирующих покрытий а дости­

гает 10 и более. Для интенсивной вто­ричной эмиссии применяют сплавы маг­ния с серебром, алюминия с медью, бериллия с медью и др. У них коэф­фициент с может быть в пределах 2—12 и больше, причем эмиссия более устойчива, нежели у других веществ. Вторичная эмиссия наблюдается также у полупроводников и диэлектриков.

На рис. 15.5 дана зависимость коэффициента а от энергии первичных электронов W_y. При < 10 -г- 15 эВ вторичной эмиссии нет. Затем она с ростом W{ усиливается, доходя до максимума, после чего ослабевает. Кри­вая 1 — 'зависимость для чистого ме­талла, а кривая 2 — для металла с акти­вирующим покрытием. Максимум вто­ричной эмиссии достигается обычно при энергии Wy в сотни электрон-вольт. Снижение а при более высоких значе­ниях W_r объясняется тем, что первичные электроны проникают более глубоко и передают энергию электронам, нахо­дящимся дальше от поверхности. Послед­ние передают полученную энергию дру­гим электронам и не могут дойти до поверхности. Подобно этому камень, падающий в воду с небольшой ско­ростью, вызывает сильное разбрызгива­ние воды; тот же камень при большой скорости быстро входит в зоду, не создавая брызг.

б		,2

ZOO ч-ОО 600 зВ

Рис. 15.5. Зависимость коэффициента вторич­ной эмиссии от энергии первичных электро­нов

Вторичные электроны вылетают в различных направлениях и с различными энергиями. Если они не отводятся уско­ряющим полем, то образуют около поверхности тела объемный заряд («электронное облачко»). Энергии боль­шинства вторичных электронов значи­тельно выше, нежели энергии термо­электронов.

Использование вторичной эмиссии много лет затруднялось тем, что не обеспечивалась ее устойчивость. В даль­нейшем были изготовлены устойчиво работающие вторично-электронные ка­тоды из сплавов металлов и стало возможным создание более совершен­ных электровакуумных приборов со вто­ричной эмиссией.

Электронная эмиссия под ударами тяжелых частиц имеет сходство со вторичной эмиссией. В большинстве слу­чаев испускание электронов происходит от бомбардировки тела ионами. Для характеристики такой эмиссии служит коэффициент выбивания электронов 8, равный отношению числа выбитых электронов п_е к- числу ударивших ионов щ:

8 = п_е/щ. (15.6)

Значение 8 зависит от вещества бомбардируемого тела, от массы и энергии бомбардирующих ионов, состоя­ния поверхности, наличия или отсут­ствия на ней активирующих покрытий, угла падения ионов и других факторов. Обычно коэффициент 8 значительно меньше единицы, но для полупроводни­ковых и тонких диэлектрических слоев наблюдаются значения 8 > 1. Наимень­шая энергия ионов, необходимая для выбивания, электронов, составляет де­сятки электрон-вольт. При наличии акти­вирующих покрытий коэффициент 8 возрастает. Энергии большинства вы­битых электронов 1 — 3 эВ.

Фотоэлектронная эмиссия, т. е. эмис­сия электронов под действием излуче­ния, рассматривается в гл. 22.

15.5. ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫЕ КАТОДЫ

Термоэлектронный катод должен быть долговечным и обеспечивать устой­чивую (стабильную) эмиссию при воз­можно меньших затратах энергии на накал. Поверхность катода не должна разрушаться от ионной бомбардировки. Даже в высоком вакууме имеется неко­торое число положительных ионов. Они ускоренно летят к катоду. Чем выше

анодное напряжение, тем с.большей силой ионы ударяют в катод.

Экономичность катода характери­зуете,- его эффективностью. Она пока­зывает, какой ток эмиссии можно по­лучить на. 1 Вт мощности накала. У современных катодов в режиме не­прерывной работы эффективность может быть от единиц до сотен миллиампер на ватт.

Рабочая температура у разных като­дов примерно от 700 до 2300 °С. Дол­говечность катода определяется сроком, по истечении которого выход электро­нов уменьшается на 10 %. Катоды имеют долговечность от сотен до десятков тысяч часов.

При увеличении рабочей темпера­туры повышается эффективность, и по­этому для усиления эмиссии иногда несколько повышают накал, но при этом сокращается долговечность.

Простые катоды, т. е. катоды из чис­тых металлов, делаются почти исключи­тельно из вольфрама (редко из тантала) и имеют прямой накал. Рабочая темпе­ратура вольфрамовых катодов 2100 — 2300 °С, что соответствует накалу до светло-желтого или белого цвета. Долго­вечность этих катодов определяется ослаблением эмиссии из-за уменьшения толщины катода вследствие распыления вольфрама.

Достоинство вольфрамового като­да—устойчивость эмиссии. После вре­менного перекала она не уменьшается. Стойкость вольфрамового катода к ион­ной бомбардировке делает его особенно пригодным для мощных ламп, работаю­щих с высокими анодными напряжения­ми. Катоды из вольфрама применяются также в специальных электрометриче­ских лампах, в которых важна ста­бильность эмиссии. Основной недоста­ток вольфрамового катода — низкая эф­фективность (единицы миллиампер на ватт). Вследствие высокой температуры интенсивно испускаются тепловые и све­товые лучи, на что бесполезно расходу­ется почти вся мощность накала.

У многих типов сложных катодов на поверхность чистого металла Нано­сится активирующий слой, который обеспечивает интенсивную эмиссию при сравнительно невысоких температурах.

Достоинство сложных катодов — эко­номичность. Они обладают эффектив­ностью до десятков и даже сотен мил­лиампер на ватт. Рабочая температура у некоторых катодов составляет 700 °С. Долговечность достигает тысяч и де­сятков тысяч часов. К концу этого срока снижается выход электронов из-за умень­шения количества активирующих приме­сей (например, за счет их испарения). Некоторые сложные катоды обеспечи­вают сверхвысокую эмиссию в импуль­сном режиме, т. е. в течение коротких (единицы микросекунд) промежутков времени, разделенных значительно более длительными паузами.

Основной недостаток сложных като­дов — невысокая устойчивость эмиссии. Выход электронов снижается от времен­ного перекала, что объясняется испаре­нием активирующих веществ при повы­шенной температуре. Кроме того, слож­ные катоды разрушаются от ионной бомбардировки, поэтому в лампах важно поддерживать высокий вакуум. Это до­стигается применением специального газопоглотителя (геттера).

Сложные катоды могут быть пле­ночными или полупроводниковыми. К пер­вым относится, например, торирован-ный карбидированный катод. Он пред­ставляет собой вольфрамовую прово­лочку с пленкой тория и с примесью углерода. Активный слой этих катодов трудно разрушить ионной бомбардиров­кой. Их применяют при анодных на­пряжениях до 15 кВ.

К полупроводниковым относится ок­сидный катод. В нем на основание из никеля или вольфрама наносится смесь оксидов щелочноземельных металлов — бария, кальция и стронция. У оксидного катода электронная эмиссия происходит главным образом из атомов бария. Пе­рекал катода усиливает испарение бария и снижает выход электронов. Долговеч­ность оксидного катода определяется тем, что оксидный слой постепенно обедняется атомами бария. Для хорошей работы оксидного катода очень важен высокий вакуум, так как оксидный слой разрушается от ионной бомбардировки. Во избежание чрезмерной ионной бом­

бардировки нельзя допускать слишком высокое анодное напряжение при работе катода в непрерывном режиме.

Для оксидного катода опасен не только перекал, но и недокал, при котором могут возникнуть очаги пере­грева. Катод прямого накала при этом нередко «перегорает», т. е. вблизи одного из очагов перегрева основной металл катода плавится. Это явление объясня­ется следующими особенностями:

1. У оксидного слоя, как и у всех полупроводников, при повышении тем­пературы сопротивление уменьшается.

2. Вследствие большого сопротивле­ния оксидного слоя его нагрев катод­ным током соизмерим с нагревом от тока накала.

3. Различные участки оксидного слоя неодинаковы по сопротивлению и эмис­сионной способности. Катодный ток рас­пределяется так, что на участки с мень­шим сопротивлением и большей эмис­сионной способностью идут большие токи. На этих участках нагрев усили­вается, уменьшается сопротивление, уве­личивается выход электронов и проис­ходит- дальнейшее возрастание тока. Такое явление наблюдается при недо­кале, если катодный ток велик. Возни­кновению очагов перегрева также спо­собствует ионная бомбардировка ка­тода.

1е

О 100 200 300 Ш мкс Рис. 15.6. Зависимость эмиссии оксидного катода от длительности импульса анодного тока

При нормальном режиме накала и без перегрузки катодным током оксид­ный катод обладает большой долго­вечностью. Его широко используют в приемно-усилительных и генераторных лампах малой и средней мощности, в электронно-лучевых трубках, в лампах для импульсной работы и многих дру­гих приборах.

В импульсном режиме эмиссия ок­сидного катода может быть во много раз сильнее, нежели в режиме непрерыв­ной работы. Она происходит под дей­ствием сильного внешнего электриче­ского поля, т. е. представляет собой сочетание электростатической эмиссии с термоэлектронной. Однако с течением времени такая эмиссия быстро ослабе­вает (рис. 15.6). Говорят, не совсем удачно, что сверхвысокая эмиссия «отравляет» ¹ оксидный катод. «Отравление» прекра­щается, если катод «отдохнет». Тогда он восстанавливает свою эмиссионную способность и может снова дать на короткое время большой выход электро­нов. Это объясняется тем, что в оксид­ном слое должно накопиться достаточ­ное число электронов. Длительность импульсов эмиссионного тока обычно не более 20 мкс.

Оксидный катод в импульсном режи­ме имеет эффективность до 10⁴ мА/Вт. Импульсы катодного тока могут дости­гать единиц и даже десятков ампер. При коротких импульсах катод почти не подвергается ионной бомбардировке, и поэтому допустимо анодное напряже­ние 10-20 кВ.

Помимо оксидных катодов в послед­нее время применяются сложные като­ды новых типов: ториево-оксидные, син-терированные {губчатые) и др.

Катоды прямого накала представ­ляют собой проволоку или ленту. До­стоинство таких катодов — простота устройства и возможность их изготовле­ния для самых маломощных ламп на ток накала 10 мА и меньше.

Катод в виде тонкой проволоки после включения накала быстро разогревается (за время менее 1 с), что весьма удобно. Недостаток этих катодов — паразитные пульсации анодного тока при питании цепи накала переменным током. Если, например, ток накала имеет частоту 50 Гц, то в анодном токе будут пуль-

¹ Правильнее говорить об «истощении» или «утомлении» катода.

сации с частотой 50, 100, 150 Гц и т. д. Они создают помехи, искажая и заглу­шая полезный сигнал. При слуховом приеме эти пульсации проявляют себя характерным гудением — фоном перемен­ного тока. Имеются две основные при­чины таких вредных пульсаций.

Во-первых, у тонких катодов возни­кают пульсации температуры, так как масса и теплоемкость этих катодов ма­лы. Когда ток достигает амплитуд­ного значения, температура наивысшая, а при переходе тока через нуль темпе­ратура наиболее низкая (рис. 15.7). Час­тота пульсаций температуры равна удвоенной частоте тока накала. С такой же частотой пульсирует эмиссия и анод­ный ток.

Вторая причина фона переменного тока — неэквипотенциальность поверхно­сти катода. Разные точки поверхности катода прямого накала имеют разные потенциалы, и анодное напряжение для этих точек различно. Поэтому при пита­нии катода переменным током анодное напряжение пульсирует с частотой тока накала.

Рис. 15.7. Пульсации температуры катода прямого накала при питании переменным током

Недостаток ламп с тонкими като­дами прямого накала — так называемый микрофонный эффект. Он состоит в том, что внешние толчки вызывают вибрацию катода. Это приводит к пульсациям анодного тока. За счет микрофонного эффекта нередко возникает акустическая генерация. В этом случае звуковые вол­ны от громкоговорителя вызывают ме­ханические колебания лампы и соответ­ственно колебания анодного тока, кото­рые после усиления попадают в громко­говоритель. Возникшие звуковые волны снова воздействуют на лампу. Происхо­дит генерация незатухающих звуковых колебаний, заглушающих полезный сигнал.

Широко применяются катоды косвен­ного накала (подогревные). Обычно та­кой катод представляет собой никелевый цилиндрик с оксидным поверхностным слоем. Внутрь вставлен вольфрамовый подогреватель (рис. 15.8). Для изоляции от катода подогреватель покрывается керамической массой из оксида алюми­ния — алундом.

Главное достоинство этих катодов — отсутствие вредных пульсаций анодного тока при питании цепи накала перемен­ным током. Колебаний температуры практически нет, так как масса, а следо­вательно, и теплоемкость у подогревных катодов значительно больше, нежели у катодов прямого накала. Катод косвен­ного накала обладает большой тепловой инерцией. От момента включения (вы­ключения)- тока накала до полного разогрева (остывания) катода нужны де­сятки секунд. За четверть периода (0,005 с при частоте 50 Гц) температура катода не успевает заметно измениться и эмис­сия не пульсирует.

И И

н н

Рис. 15.8. Катоды кос­венного накала: а — цилиндрический; б — дисковый

Поверхность катода косвенного нака­ла является эквипотенциальной. Вдоль катода нет падения напряжения от тока накала. Анодное напряжение для всех точек поверхности катода одно и то же и не пульсирует при колебаниях на­пряжения накала.

Достоинство ламп с катодами кос­венного накала, кроме того, — ослабле­ние микрофонного эффекта. Масса като­да сравнительно велика, и его трудно привести в состояние колебаний.

По сравнению с катодами прямого накала катоды косвенного накала слож­нее, и их трудно' сконструировать на очень малые токи. Поэтому они менее пригодны для маломощных экономич­ных ламп, рассчитанных на питание от батарей.

В аппаратуре (например, для дву­сторонней связи), которая работает с перерывами и после очередного включе­ния должна сразу же действовать, при­ходится лампы с катодами косвенного накала держать все время под накалом. Это приводит к лишним затратам энер­гии и сокращению срока службы ламп. В переносных радиостанциях с батарей­ным питанием применение ламп с като­дом косвенного накала неудобно. Для экономии энергии источников питания в этом случае надо выключать накал ламп приемника при работе передатчи­ка и наоборот. Но тогда после вклю­чения накала надо ждать 10 — 20 с, пока не разогреются катоды, что значительно замедляет связь.

Накаленная алундовая изоляция между катодом и подогревателем не выдерживает высоких напряжений. Пре­дельное напряжение между катодом и подогревателем составляет обычно 100 В и лишь для некоторых ламп 200 — 300 В. В ряде схем катод и подогреватель имеют весьма различные потенциалы. Если их разность превысит предельное напряжение, то может произойти пробой изоляции катод — подогреватель и лам­па выйдет из строя. Опасность пробоя исчезает, если катод соединен- с одним из выводов подогревателя.

15.6. ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП

Анод лампы принимает на себя по­ток электронов. Происходит электронная бомбардировка анода, от которой он нагревается. Кроме того, анод нагрева­ется от теплового излучения катода. В установившемся режиме количество теплоты, выделяющееся на аноде, равно количеству теплоты, отводимому от анода.

Важно, чтобы анод не нагревался выше предельной температуры. При перегреве из анода могут выделяться газы, и тогда ухудшается вакуум. Воз­можно даже расплавление анода от чрезмерного перегрева. Кроме того, рас­каленный анод испускает тепловые лучи, которые могут вызвать перегрев катода.

У ламп малой мощности и боль­шинства ламп средней мощности анод имеет лучистое охлаждение. Теплота отводится излучением анода. Для уси­ления теплового излучения увеличивают площадь поверхности анода (часто снаб­жают ребрами) и делают ее черной или матовой. В лампах средней и большой мощности иногда применяется принуди­тельное охлаждение потоком воздуха. Вывод анода снабжается радиатором, который обдувается вентилятором. У ламп большой мощности применяется также принудительное охлаждение анода проточной водой.

Различные конструкции сеток (ци­линдрическая, плоская и др.) показаны на рис. 15.9.

Работа ламп ухудшается, если сетка, нагреваясь от накаленного катода, начи­нает испускать термоэлектроны. Для устранения этого явления проводники сетки покрывают слоем металла с боль­шой работой выхода, например золота.

Чтобы эффективно управлять элект­ронным потоком, сетку располагают очень близко к катоду.

Вакуум в лампах необходим прежде всего потому, что накаленный катод при наличии воздуха сгорит. Кроме того, молекулы газов не должны мешать свободному полету электронов. Высокий вакуум в лампах характеризуется давле­нием менее 100 мкПа. Если вакуум не­достаточный, то летящие электроны уда­ряют в молекулы газов и превра­щают их в положительные ионы, ко­торые бомбардируют и разрушают катод. Ионизация газов увеличивает также инерционность и нестабильность

ет на

К н

Рис. 15.9. Конструкции сеток в триоде

работы лампы и создает дополнитель­ные шумы ^х.

Предварительную откачку воздуха производят форвакуумными насосами, затем продолжают высоковакуумными насосами. Кроме того, обезгаживают электроды путем нагрева их до красного каления. Лампу помещают в переменное магнитное поле, индуцирующее в элект­родах вихревые токи, которые разогре­вают металл.

Для улучшения вакуума в лампу помещают газопоглотитель (геттер), на­пример кусочек магния или бария. При разогреве лампы указанным выше ин­дукционным способом газопоглотитель испаряется и после охлаждения оседает на стекле баллона, покрывая его зеркаль­ным слоем (магний) или коричневато-черным (барий). Этот слой поглощает газы, которые могут выделиться из электродов' в процессе работы лампы.

Размеры баллона лампы зависят от ее мощности. Чтобы температура балло­на не стала недопустимо высокой, уве­личивают площадь его поверхности. Наиболее часто применяют стеклянные баллоны, но у керамических значи­тельно выше термостойкость и механи­ческая прочность.

Металлические (стальные) баллоны имеют большую прочность и обеспе­чивают хорошее экранирование лампы

¹ В ионных приборах - ионизация яв­ляется полезным процессом.

от внешних электрических и магнитных полей. Но они сильно нагреваются, и это приводит к перегреву электродов.

В последние годы выпуск ламп с металлическими баллонами прекращен.

В лампах старого типа электроды укреплены на стеклянной ножке в виде трубки, сплющенной на одном конце (рис. 15.10, а). В эту ножку впаяны проволочки из металла, имеющего оди­наковый со стеклом температурный коэф­фициент расширения. Концы выводных проволочек приварены к проводникам, идущим к контактным штырькам цо­коля.

Держатели электродов крепятся в слюдяных или керамических пластинах — изоляторах, благодаря чему фиксирует­ся расстояние между электродами (рис. 15.10,6).

У ламп пальчиковой серии и ряда других электроды монтируются на плос­кой ножке, представляющей собой утол­щенное стеклянное основание баллона. В ножку впаяны проводники (рис. 15.10, в), которые снаружи выполняют роль кон­тактных штырьков, а внутри лампы являются держателями электродов. Ка­тод прямого накала обычно натягивается с помощью пружинки (рис. 15.10, г), чтобы он не провисал при удлинении от нагрева.

В лампах имеются еще некоторые вспомогательные детали. К ним относят­ся держатели для геттера, электро­статические экраны, устраняющие ем­костные токи между отдельными часгя-

Рис. 15.10. Крепление электродов и их выводов в стеклянных лампах

Рис. 15.11. Цоколевка ламп

ми лампы или защищающие лампу от воздействия внешних электрических полей.

Особое внимание уделяется точности сборки и прочности крепления электро­дов. Но все же существует разброс электрических свойств между отдельны­ми экземплярами ламп данного типа. Он объясняется неоднородностью деталей, их случайными деформациями при сбор­ке, неточностью сборки, неодинако­востью эмиссии катодов у различных экземпляров ламп и другими причи­нами.

Система выводов от электродов, служащая для подключения лампы к схе­ме, называется цоколевкой лампы. Стек­лянные лампы с цоколем имеют восемь штырьков, расположенных в вер­шинах правильного восьмиугольника (рис. 15.11, а). В центре цоколя находится ключ, т. е. более длинный штырек с вы­ступом, обеспечивающий правильную установку лампы. Штырьки принято ну­меровать по часовой стрелке от выступа на ключе. Электростатический экран, имеющийся внутри некоторых ламп, соединен с одним из штырьков. У раз­личных ламп электроды соединяются с разными штырьками. Схемы цоколевки приводятся в справочниках.

При анодных напряжениях в сотни вольт все электроды имеют выводы на цоколь. А у ламп на напряжения в тысячи вольт вывод анода часто нахо­дится наверху баллона.

Выводы электродов у пальчиковых ламп сделаны в виде семи, или девяти, или десяти заостренных проводников, впаянных в плоскую ножку и располо­женных соответственно в верши­нах правильного многоугольника (рис. 15.11,6). Сверхминиатюрные бес­цокольные лампы имеют выводы от электродов в виде проволочек. У мощ­ных ламп выводы от электродов часто делают в разных местах баллона и на удалении друг от друга, так как напря­жения между этими выводами могут быть значительными.

ГЛАВА ШЕСТНАДЦАТАЯ

ДВУХЭЛЕКТРОДНЫЕ ЛАМПЫ

16.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Рассмотрим диод с плоскими элект­родами. Анодное напряжение создает между анодом и катодом электрическое поле. Если нет электронной эмиссии катода, то поле будет однородным. Когда катод испускает большое число электронов, то они в пространстве анод — катод создают отрицательный объемный (пространственный) заряд, пре­пятствующий движению электронов к аноду. Наиболее плотный объемный заряд («электронное облачко») вблизи катода (рис. 16.1). За счет объемного заряда электрическое поле становится неоднородным.

Возможны два основных режима работы диода. Если поле на всем про­тяжении от катода до анода ускоряю­щее, то любой электрон, вылетевший из катода, ускоренно движется на анод. Ни один электрон не возвращается на катод, и анодный ток будет наиболь­шим, равным току эмиссии. Это режим насыщения. Ему соответствует анодный ток насыщения

I_S = I, (16.1)

Второй — режим объемного заряда (точнее, режим ограничения анодного тока объемным зарядом), когда вблизи катода поле является тормозящим. Тогда электроны, имеющие малую начальную скорость, не могут преодолеть тормо­зящее поле и возвращаются на катод. Электроны с большей начальной ско­ростью не теряют полностью свою

Гу.ЧЩ:'»':у:' vf -i

энергию в тормозящем поле и летят к аноду.

В этом режиме анодный ток меньше тока эмиссии:

(16.2)

Наглядное представление о процессах в диоде дают потенциальные диаграм­мы, показывающие распределение потен­циала в пространстве анод — катод (рис. 16.2). По горизонтальной оси откла­дывают расстояние от катода, а по вертикальной — потенциал, причем поло­жительный принято откладывать вниз. Потенциал катода принимается за нуле­вой.

Рис. 16.2. Потенциальные диаграммы диода при постоянном анодном напряжении и раз­ном напряжении накала

Когда катод не накален, то объем­ный заряд отсутствует и поле одно­родно. Потенциал растет пропорцио­нально расстоянию от данной точки до катода (прямая 1). Если же катод накален, то существует объемный отри­цательный заряд, и тогда потенциалы всех точек понизятся, за исключением потенциалов катода и анода, так как анодное напряжение задается внешним источником. Линия распределения потен­циала прогнется вверх (кривая 2). Когда объемный заряд небольшой, то во всех точках потенциал остается положитель­ным (кривая 2 находится ниже гори-

Рис. 16.1. Объемный электронный заряд в диоде

К А

Рис. 16.3. Потенциальные диаграммы диода при постоянном напряжении накала и раз­ном анодном напряжении

зонтальной оси) и поле будет уско­ряющим, что соответствует режиму насы­щения. При увеличении накала катода объемный заряд также растет и потен­циал в различных точках понижается еще больше. Кривая распределения по­тенциала прогибается сильнее, и отри­цательный потенциал вблизи катода может превысить по абсолютному зна­чению положительный потенциал уско­ряющего поля анода. Результирующий потенциал становится отрицательным, что наглядно изображает кривая 3, которая вблизи катода расположена выше горизонтальной оси.

На некотором расстоянии х₀ от като­да потенциал становится минимальным (фтпО ^и обычно составляет десятые доли вольта. На этом участке электри­ческое поле является тормозящим. Около катода образуется потенциаль­ный барьер. На анод попадают только те электроны, у которых начальная скорость достаточна для преодоления потенциального барьера. Электроны с меньшей начальной скоростью теряют энергию, не дойдя до «вершины» по­тенциального барьера. Они возвращают­ся на катод. Кривая 3 соответствует режиму объемного заряда. Следующее увеличение накала характеризует кри­вая 4: потенциальный барьер стал выше и «отодвинулся» от катода.

Все это иллюстрирует следующая механическая аналогия. Пусть кривые на рис. 16.2 изображают рельеф мест­ности, а из точки О выкатываются с различными скоростями шарики (элект­роны, вылетающие из катода). Если от точки О начинается уклон (рельеф 1 и 2), все шарики скатываются вниз. Но если рельеф соответствует кривой 3, то вначале имеется горка и через нее пере­катятся только шарики с достаточной начальной скоростью. А шарики с мень­шими начальными скоростями скатятся обратно. Именно для удобного перехода к механической аналогии было выбрано положительным направление вниз по оси ординат.

На рис. 16.3 даны потенциальные диаграммы при различном анодном напряжении и постоянном напряжении накала. При некотором значении U._d наступает режим насыщения (кривая 1), при меньшем напряжении — режим объ­емного заряда (кривая 2). Кривая 3 для еще более низкого напряжения показы­вает, что потенциальный барьер стал выше. Кривая 4 соответствует напря­жению U_a = 0. Для получения U._d = 0 надо замкнуть анод с катодом. В этом случае в пространстве анод — катод электроны создают объем­ный заряд и повышается потенциаль­ный барьер. Электроны, обладающие большими начальными скоростями, пре­одолевают этот барьер и долетают до анода. Таким образом, при t/_a = 0 возникает небольшой анодный ток, называемый начальным (/₀).

Кривая 5 соответствует разрыву цепи анода. В первый момент после размыкания анод имеет нулевой потен­циал, что соответствует кривой 4. Тогда на анод попадают электроны и он заря­жается отрицательно. Правый конец диаграммы сдвигается вверх (кривая 5), потенциальный барьер повышается, и на анод попадает все меньше электронов. Когда барьер настолько увеличится, что ни один электрон не сможет его преодолеть, возрастание отрицательного потенциала анода прекратится.

Таким образом, изменение анодного тока при изменении анодного напряже­ния в режиме объемного заряда про­исходит за счет изменения высоты по­тенциального барьера около катода. Если анодное напряжение увеличивается, то барьер становится ниже, его преодоле­вает больше электронов и анодный

ток возрастает. При уменьшении анод­ного напряжения потенциальный барьер повышается, меньше электронов может его преодолеть, больше электронов воз­вращается на катод, т. е. анодный ток уменьшается.

Дата добавления: 2015-05-06