Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [10] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

ность из-за меньших потерь тепла благодаря малой массе катода.

2-2д. Вторичная эмиссия. Вторичной эмиссией называется выход электронов с поверхности материала при бомбардировке этой поверхности быстро летящими электронами. Как металлы, так и изоляционные материалы могут давать вторичную эмиссию. Отношение среднего числа вторичных электронов к числу первичных электронов, ударяющихся о поверхность материала, зависит от скорости первичных электронов и от свойств материала. На рис. 2-6 приведены графики изменения этого отношения в зависимости от энергии первичных электронов для нескольких наиболее распространенных материалов. Средние

скорости вторичных электронов всегда будут меньше средней скорости первичных электронов. Типичное распределение скорости вторичных электронов показано на рис. 2-7. Неболь-




Рис. 2-5. Примеры конструкции катодов, типичные катоды прямого накала; б - типичные катоды косвенного / - пружинный держатель, 2 - нить Накала; 3 - держатель.

шои процент вторичных электронов, которые имеют почти ту же скорость, что и первичные электроны, в действительности являются не вторичными электронами, а первичными, отразившимися от атомов материала вблизи его поверхности. Отношение количества вторичных электронов к первичным значительно увеличивается по мере увеличения угла между нормалью к поверхности и направлением скорости первичных электронов.

О 200 400 600 soo юоо Энергия первичных электронов, эв

КОС МО №00 1600

Рис. 2-6. Характеристики вторичной эмиссии различных металлов.


200 400 BOO SOO WOO ttOO Скорость первичных электронов, в

вторичной щелочных

Рис. 2-8. Характеристика эмиссии некоторых окислов металлов.

as 0,3 ю

0,2 Q3 0,4 0,5 0,6

Отношение энергии вторичных электронов к энергии первичных электронов

Рис. 2-7. Типичное распределение скорости вторичных электронов, когда энергия первичных электронов превышает 50 эв. К. R. Spangenberg, Vacuum tubes, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1948). A - энергетические уровни вторичных электронов 20 эв и ниже, приблизительно 90% вторичных электронов приходится на эту область; Б - энергетические уровни вторичных электронов от 20 эв до 98% от энергетического уровня первичных электронов, приблизительно 7% вторичных электронов приходится ка эту область; В - энергетические уровни вторичных электронов от 98 до 100% от энергетического уровня первичных электронов, приблизительно 3% эмиттируемых электронов приходится на эту область.

усилительные лампы с косвенным накалом, особенно используемые в мощных выходных каскадах, имеют время прогрева значительно больше 10 сек (до 40 - 50 сек). (Прим. ред.)

Некоторые сложные вещества, особенно щелочные галоиды на основе щелочного металла и окислы щелочных металлов на различных металлических основах, дают высокое отношение числа вторичных электронов к первичным, т. е. имеют большой коэффициент вторичной эмиссии. Характеристики вторичной эмиссии некоторых окислов щелочных металлов представлены на рис. 2-8.

2-3. ДИОДЫ

Диод представляет собой электровакуумный прибор, в котором на небольшом расстоянии друг от друга находятся эмиттер, называемый катодом, и второй электрод, на-

2 Справочник радиоинженера



зываемый анодом. Оба электрода помещены в баллон, из которого выкачан воздух 1.

2-За. Пространственный заряд. Если на анод диода подать положительное напряжение по отношению к катоду, то под действием сил электрического поля электроны, эмитти-руемые катодом, будут перемещаться по направлению к аноду (см. § 2-1а). Однако благодаря своему отрицательному заряду электроны, находящиеся в пространстве между катодом и анодом, создают поле, препятствующее движению электронов к аноду. Для заданного напряжения анод- катод пространственный ток между катодом и анодом увеличивается только до тех пор, пока тормозящее поле слегка не превысит ускоряющее поле анода. В этом состоягши равновесия пространственный ток постоянен, так как в среднем катод излучает ровно столько электронов, сколько уходит на анод. Заряд всех электронов, находящихся на пути от катода к аноду, называется пространственным зарядом. При этом говорят, что ток диода ограничен пространственным зарядом.

Когда ток диода ограничен пространственным зарядом, результирующий градиент потенциала у поверхности катода имеет небольшое отрицательное значение, так как эмитти-руемые электроны обладают какой-то начальной скоростью. Средняя скорость эмиттируе-мых электронов больше нуля, поэтому электроны эмиттируются даже тогда, когда результирующее поле у поверхности катода равно

нулю. Это увеличи-Уанода вает пространст-

венный ток и создает отрицательный градиент потенциала у поверхности катода. Состояние равновесия наступает тогда, когда результирующая сила отрицательного градиента потенциала становится достаточной, чтобы возвращать на катод те из эмнттируе-мых электронов, которые имеют скорости ниже определенного предела, нужного для присоединения к пространственному заряду. Иначе число электронов, которое присоединяется к пространственному заряду, становится как раз достаточным для поддержания постоянного значения пространственного тока. На рис. 2-9 показаны графики распределения потенциала и градиента потенциала для диода с плоскими параллельными электродами.

2-36. Закон степени трех вторых (закон Чайлда). Ток диода, ограниченный простран-


Рис. 2-9. Распределение потенциала и градиента потенциала для диода с плоскими параллельными электродами, когда ток диода ограничен пространственным зарядом.

ственным зарядом, не зависит от температуры катода, если температура катода достаточно высока, чтобы обеспечить пополнение объемного заряда электронами при любом отборе тока на анод. Излишек электронов, эмитти-руемых благодаря более высокой температуре эмиттера, целиком возвращается на катод под действием отрицательного градиента потенциала вблизи поверхности катода. Однако, если увеличить анодное напряжение, пространственный ток также увеличивается, пока не наступает новое состояние равновесия. Зависимость между напряжением на аноде и пространственным током в диоде была впервые установлена Чайлдом и известна как закон Чайлда или закон степени трех вторых Эта зависимость может быть выражена уравнением (2-18), если сделать следующие допущения:

1. Термоэлектронная эмиссия катода достаточно велика, так что пространственный ток ограничивается только пространственным зарядом.

2. Катод и анод представляют собой плоские параллельные поверхности, площадь которых велика по сравнению с расстоянием между ними.

3. Катод и анод являются эквипотенциальными поверхностями.

4. Электроны, эмиттируемые катодом, имеют начальные скорости, равные нулю.

5. Электроны, эмиттируемые катодом, не сталкиваются с молекулами газа при своем движении между электродами.

При этих условиях

и*1*

Ja = 2,33 • 1<Гв

(2-18)

1 Для диодов различного назначения расстояние между катодом и анодом составляет 0.05 - 10 мм.

Разрежение воздуха (вакуум) в баллоне диода поддерживается равным 10-» -10-7 мм рт. ст. (Прим. ред.)

где Jа - плотность пространственного тока,

а/см1;

Uа - напряжение на аноде, в; d - расстояние между катодом и анодом, см.

2-Зв. Ограничение тока диода температурой катода и пространственным зарядом. Из сказанного в предыдущих параграфах очевидно, что могут быть два случая работы диода:

1 - анодное напряжение достаточно высоко, а температура катода достаточно низка, так что величина тока между катодом и анодом определяется в основном температурой катода;

2 - температура катода достаточно высока, а анодное напряжение достаточно низкое, так что величина тока между катодом и анодом определяется в основном напряжением на аноде.

Зависимость тока диода от напряжения для первого случая представлена на рис. 2-10. Когда градиент потенциала у поверхности катода становится положительным, простран-

1 Child С. В., Phys. Rev., May 1911, v. 32, p. 492.


Напряжение анода

Рис. 2-10. Зависимость анодного тока диола от -напряжения на аноде при различных постоянных значениях температуры катода.



ственныи ток продолжает возрастать с ростом анодного напряжения, хотя анодное напряжение превышает величину, при которой наступает ток насыщения. Это происходит потому, что наличие электростатического поля у поверхности катода значительно снижает работу выхода электронов. Это явление известно как эффект Шоттки. Уменьшение работы выхода по мере увеличения напряженности электрического поля может быть учтено путем соответствующего преобразования уравнения (2-16). Таким образом,

4,4 УЕ

(2-19)


Температура катода

Рис. 2-11. Зависимость анодного тока диода от температуры катода при различных постоянных значениях напряжения на аноде.

где JЕ- плотность тока эмиссии с учетом градиента потенциала у поверхности катода;

Ja - плотность тока эмиссии, полученная из уравнения (2-16); отрицательный градиент потенциала у поверхности катода, в/см; абсолютная температура, "К. Во втором случае зависимость тока диода от температуры иллюстрируется рис. 2-11.

Ток диода ограничен пространственным зарядом, как изложено в § 2-За и 2-36 *.

Обычно диод используется в режиме ограничения пространственным зарядом, когда справедлив закон степени трех вторых.

2-Зг. Нагрев анода. Кинетическая энергия каждого электрона, попадающего на анод, превращается в тепловую энергию, если она не расходуется на освобождение вторичных электронов. Конструкция анода диода или любой другой электронной лампы должна обеспечить рассеивание тепла, выделяющегося при ударе об анод всех электронов, образующих анодный ток лампы. Если пренебречь незначительной энергией, передаваемой вторичным электронам, то полная энергия, переходящая в тепло за данный промежуток времени, при постоянном напряжении на аноде будет равна:

КЭ = п = - nUe, (2-20)

где U - напряжение анод-катод диода;

п - общее число электронов, приходящих на анод в рассматриваемый промежуток времени.

* Случаи ограничения тока диода температурой катода и пространственным зарядом автором называются соответственно «температурным насыщением» и «насыщением напряжением».

В советской литературе подобная терминология не принята. В том и другом случаях говорят о токе насыщения или области насыщения. Иногда напряжение, при котором увеличение тока с возрастанием напряжения отклоняется от закона степени трех вторых или прекращается, называют напряжением насыщения, (Прим. ред.)

Мощность - это расход энергии в единицу времени. Поэтому мощность, выделяемая на аноде в виде тепла, может быть определена как

Р = UI \вт], (2-21)

где U - напряжение анод-катод, в;

I - анодный ток в амперах, равный ско-

рости изменения заряда е .

Если анодное напряжение и анодный ток являются функциями времени, то средняя мощность, рассеиваемая на аноде за период времени Т, будет равна:

ui dt,

(2-22)

где и

мгновенное значение напряжения на аноде;

i - мгновенное значение анодного тока.

Максимальная мощность, которая может быть рассеяна анодом лампы, определяется скоростью отвода тепла от анода и максимально допустимой температурой анода. Максимальная температура анода ограничивается тремя факторами: количеством газа, выделяющегося из материала анода при высоких температурах, допустимой максимальной температурой стеклянного баллона и температурой плавления материала анода. Анод отдает тепло излучением и теплоотводом по крепящим анод деталям.

2-Зд. Эффект Эдисона. Если вывод анода соединить с выводом катода через амперметр без подачи напряжения на анод, то при рабочей температуре катода через амперметр будет протекать небольшой ток. Это явление было впервые обнаружено Эдисоном и часто называется эффектом Эдисона. Ток в анодной цепи появляется вследствие того, что небольшая часть электронов, эмиттируемых катодом, обладает такими начальными скоростями, которые позволяют им мв долететь до анода. щ Для полного прекращения тока между катодом и анодом нужно подать на анод отрицательное напряжение порядка 1 - 2 е.

2-Зе. Характеристики диода. Свойства диода полностью характеризуются графиком зависимости анодного тока от напряжения на

аноде. Этот график называется вольт-амперной характеристикой диода. На рис. 2-12 изображена типичная вольт-амперная характеристика диода, используемого в качестве детектора и выпрямителя.

Статическое внутреннее сопротивление диода Ri определяется как


Рис. 2-12. Вольт-амперная характеристика типичного Диода.

Rt = - [ом].

(2-23)



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [10] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0107