тать только при скоростях первичных электронов, превышающих некоторый уровень. Однако допустимые скорости электронов могут колебаться в весьма широких пределах, соответствуя ускоряющим потенциалам от 200 до 5 000-10 000 в в зависимости от материала

Ю~* Ю3 1и~г

время послесвечения, еек

Рис. 2-57. Кривые послесвечения для различных люминофоров, применяемых в электронно-лучевых трубках.

1 - управляющий электрод; 2 - катод; 3 - подогреватель; 4- электронный луч; 5-ионный луч; 6 - первый анод; 7 - второй анод; 8 - плоскости поперечного сечения пушки; 9- вид сверху.

экрана. В области, где коэффициент вторичной эмиссии больше единицы, экран заряжается положительно по отношению к собирающему аноду до тех пор, пока количество возвращающихся на экран вторичных электронов не увеличится настолько, что отношение числа вторичных электронов к первичным не станет в точности равным единице. Вторичные электроны, не возвращающиеся на экран, притягиваются собирающим анодом, который представляет собой проводящее покрытие (обычно аквадаг), нанесенное на внутреннюю поверхность баллона трубки вблизи экрана.

Примерно половина света излучается с внутренней поверхности экрана и по существу не используется. Кроме того, свет, излучаемый внутренней поверхностью экрана, отражается от стенок трубки и падает на экран. При этом обычно темные поверхности становятся темно-серыми и контрастность уменьшается.

Для устранения этих явлений, а также для исключения влияния предельного потенциала экрана, существующего благодаря вторичной эмиссии электронов с экрана, на внутреннюю поверхность флуоресцирующего экрана наносят очень тонкий слой алюминия. Электроны, движущиеся с большими скоростями, имеют достаточную энергию, чтобы пройти сквозь слой алюминия и вызвать свечение экрана. Свет, излучаемый внутренней поверхностью экрана, отражается от слоя алюминия, увеличивая светоотдачу наружной поверхности и сильно уменьшая ослабляющие отражения от внутренних поверхностей трубки. Скорость электронов должна быть достаточно высокой, чтобы электронный луч прошел сквозь слой алюминия. Для этого требуется минимальный ускоряющий потенциал порядка 5 000 в. Проводящая поверхность, образуемая слоем алюминия, препятствует накапливанию какого-либо заряда на экране и, таким образом, потенциал внутренней поверхности экрана будет

сохраняться равным потенциалу собирающего анода. Это устраняет ограничение максимального потенциала экрана благодаря явлению вторичной эмиссии.

Слой алюминия представляет также эффективную преграду для медленно движущихся отрицательных ионов, устраняя ионную бомбардировку экрана. Таким образом, отпадает необходимость в применении ионных ловушек.

2-8. ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ ЛАМПЫ

Хотя в обычных электронных лампах остатки газа в баллоне отрицательно сказываются на работе лампы, однако лампы, наполненные газом при пониженном давлении, имеют весьма ценные свойства, позволяющие использовать их в различной аппаратуре.

2-8а. Газонаполненные диоды с холодным катодом. Газонаполненный диод с холодным катодом состоит из двух электродов, помещенных в баллоне, наполненном разреженным газом. Анод по размерам меньше, чем катод. Давление газа в баллоне обычно колеблется в пределах от 0,001 до 0,1 мм рт. ст. Вольт-амперная характеристика такой лампы представлена на рис. 2-58. По мере увеличения положительного напряжения на аноде по отношению к катоду ток через лампу очень медленно возрастает от своего начального значения около 1 мка до точки а, как показано на рис. 2-58. Этот начальный ток называется те м н о-в ы м током (иначе тихий разряд), так

как при этом нет видимого свечения газа. Когда напряжение достигает величины, называемой напряжением зажигания или пробивным напряжением, что соответствует точке а, проводимость ионизированного газа внутри баллона сильно возрастает, и если предположить, что последовательно с лампой включено сопротивление, ограничивающее величину тока, то потенциал анода по отношению к катоду резко упадет до значения, зависящего от рода газа в баллоне и от материала катода. От точки б до точки в напряжение на лампе остается почти постоянным, в то время как ток через лампу возрастает. Лампа начинает светиться. Эта область называется областью тлеющего разряда и является нормальным рабочим участком газонаполненного диода с холодным катодом. Тлеющий разряд характеризуется относительно высоким напряжением (75-150 в) и малым током (1-40 ма).

Максимальный ток через лампу в этой области определяется площадью катода. Начиная от точки б и до точки г, ток через лампу увеличивается только при значительном увеличении подводимого к лампе напряжения. Эта область называется областью аномального тлеющего разряда. При некотором достаточно большом

Рис. 2-58. Вольт-амперная характеристика газонаполненного диода с холодным катодом.

значении тока, например, соответствующем точке г, поверхность катода настолько нагревается под действием ионной бомбардировки, что катод начинает эмигрировать электроны И аномальный тлеющий разряд переходит в дуговой разряд. Дуговой разряд характеризуется низким напряжением и большим током. Напряжение на лампе резко падает до точки д. За точкой д увеличение тока через лампу приводит к медленному уменьшению напряжения на лампе. Если при работе в диапазоне от точки б до точки в уменьшить напряжение, то ток резко упадет до значения, соответствующего темновому току. Напряжение в точке б называется напряжением погасания.

В баллоне газонаполненного диода всегда имеется некоторое количество ионизированных молекул газа благодаря действию внешнего источника света. При подаче на диод напряжения положительные ионы начинают двигаться к катоду и создадут темновой ток. Напряжение зажигания наступает при достаточно сильном электрическом поле в лампе, когда в результате бомбардировки положительными ионами катод начинает эмиттировать вторичные электроны. Под действием существующего в лампе градиента потенциала вторичные электроны с ускорением двигаются к аноду и, сталкиваясь на своем пути с молекулами газа, образуют новые положительные ионы и электроны. Этот процесс является регенеративным. Ток в лампе

Рабочая точка

Рис. 2-59. Определение рабочей точки газонаполненного диода.

быстро увеличивается, пока либо падение напряжения на внешнем последовательном сопротивлении не стабилизирует его, либо пока область работы лампы не сместится в область между точками ваг, где ток увеличивается только при увеличении приложенного напряжения 1. Рабочий ток газонаполненного диода можно определить по вольт-амперной характеристике и параметрам внешней цепи, как показано на рис. 2-59.

Распределение потенциала в диоде представлено на рис. 2-60. Почти все падение потенциала происходит в непосредственной близости от катода. На этом участке положитель-

Катод Расстояние-

Рис. 2-60. Распределение потенциала между плоскими параллельными электродами при тлеющем разряде.

1 Для более подробного ознакомления с механизмом зажигания газонаполненных диодов см. G е р-р е г t D. V., Basic electron tubes, p. 231 -246, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1951.

ные ионы получают большое ускорение, и их кинетическая энергия становится достаточной, чтобы вызвать вторичную эмиссию электронов с поверхности катода. В области почти постоянного потенциала число положительных ионов и электронов приблизительно одинаково. Выравнивание пространственного заряда приводит к очень низкому градиенту потенциала и, следовательно, к низким скоростям положительных ионов. Положительные ионы в этой области образуются в результате столкновения электронов, получивших ускорение благодаря высокому градиенту потенциала вблизи катода, с молекулами газа. Эта область характеризуется свечением газа и называется плазмой. Высокий потенциал вблизи катода объясняется значительной концентрацией положительных ионов на границе плазмы Слой газа вблизи поверхности катода, подвергаемой ионной бомбардировке, также светится. Это так называемое катодное свечение. По мере увеличения тока через лампу от точки б на рис. 2-58 площадь катодного свечения увеличивается, пока в точке в оно не охватит всю поверхность катода. При этом плотность тока в области катодного свечения остается постоянной. Плотность тока зависит от рода газа, материала катода и давления газа. Для дальнейшего повышения тока после точки в необходимо увеличение плотности тока у поверхности катода и, следовательно, увеличение потенциала анода.

Газонаполненные диоды с холодным катодом применяются в основном как стабилизаторы напряжения и как индикаторы напряжения. В области нормальной работы напряжение на диоде почти не зависит от величины тока. Это дает возможность использовать газонаполненный диод для стабилизации выходного напряжения источников питания как в случае изменения самого питающего напряжения, так и в случае изменения тока через нагрузку. Более подробные сведения о стабилизаторах напряжения даны в § 15-7. Основные данные наиболее распространенных газонаполненных диодов с холодным катодом приведены в табл. 2-4.

2-86. Триоды с холодным катодом. Напряжением зажигания или пробивным напряжением газонаполненной лампы можно управлять с помощью сетки, расположенной между катодом и анодом. Это основано на том, что напряжение зажигания газонаполненной лампы обратно пропорционально расстоянию между электродами. При близко расположенных электродах требуется более высокий потенциал зажигания, так как малая длина пробега немногих свободных электронов, существующих в газе до момента зажигания, делает весьма малой вероятность столкновения этих электронов с молекулами газа и ионизацию их.

Чтобы произошло зажигание, вероятность ионизации молекул газа должна быть равна или должна превосходить отношение числа положительных ионов, ударяющихся о катод, к числу вторичных электронов, эмиттируемых катодом. Если это условие не удовлетворяется, зажигания не произойдет. Таким образом, если вблизи анода находится сетка, то зажигание в пространстве сетка - анод сможет произойти только тогда, когда напряжение между сеткой и анодом будет много больше напряжения

Таблица 2-4

Данные некоторых газонаполненных диодов с холодным катодом, применяемых в качестве стабилизаторов напряжения

1 Данная величина характеризует степень стабилизации и обычно выражается в процентах по отношению к величине рабочего напряжения.

зажигания между сеткой и катодом. Сетка является электростатическим экраном между катодом и анодом и повышает потенциал зажигания в пространстве анод-катод. Зажигание произойдет при достаточно большом напряжении сетка-катод, когда положительные ионы начнут выбивать вторичные электроны с катода, т. е. когда напряжение между сеткой и катодом станет равным напряжению зажигания. Как только произойдет зажигание между катодом и сеткой, основная часть электронного тока переместится с сетки на анод, если анод находится под достаточно высоким потенциалом по отношению к сетке. Для ограничения тока в сеточную и анодную цепь включают активные сопротивления.

После того как произошло зажигание, сетка теряет свое управляющее действие. Если сетка отрицательна по отношению к катоду, то положительные ионы притягиваются к ней как раз в таком количестве, чтобы нейтрализовать ее тормозящее поле. В результате движение электронов от катода к аноду происходит независимо от напряжения на сетке. После момента зажигания потенциал сетки влияет только на величину и полярность сеточного тока. Деионизация наступает, когда напряжения на сетке и на аноде становятся меньше напряжения погасания для данной лампы. После погасания лампы управляющее действие сетки восстанавливается.

Рабочие характеристики типичного газонаполненного триода с холодным катодом приведены на рис. 2-61.

2-8в. Газонаполненные диоды с накаленным катодом (газотроны). В газонаполненных лампах с холодным катодом напряжение зажигания определяется скоростью, которую должны иметь положительные ионы, чтобы вызвать вторичную эмиссию электронов с катода. Если катод накален до температуры, при которой термоэлектронная эмиссия электронов достаточно высокая, то при определенном напряжении на аноде по отношению к катоду эмиттируемые катодом электроны приобретают до-

статочные скорости для ионизации молекул газа путем столкновения. Напряжение, при котором начинается ионизация, называется напряжением ионизации. Для аргона это напряжение равно примерно 16 в.

TunSS23

Зажигание от сетки к аноду

Область отсутствия проводимости -

Зажигание от сетки к катоду

300-250-200-150

-100-1-

100 ~50~

Зажигание от анода к катоду

Потенциал анода

Зажигание от SOOs катода к аноду

Область проводимости

0-50-

-50-1

Зажигание от > катода к сетке

150 200 250 ЗОО Начальное напряжение анода

-300

Зажигание от анода к сетке

Рис. 2-61. Характеристики зажигания типичного газонаполненного триода с холодным катодом. Сплошной линией показаны усредненные характеристики зажигания. Работа обычно производится в I четверти.

Работа во II четверти допускается. Работа в III и IV четвертях нежелательна.

Когда напряжение на газотроне достигает напряжения ионизации, ток в цепи анода резко возрастает до полного эмиссионного тока катода, если его не ограничить внешним сопротивлением. Дальнейшее увеличение тока можно получить только путем увеличения напряжения