Електричне поле і струм в діоді

Випромінені катодом електрони створюють між електродами від'ємний заряд, який понижує потенціал по всіх точках між просторової напруги анод--катод. При відсутності нагріву катода і наявності напруги між анодом і катодом напруженість електричного поля в міжелектродному просторі змінюється по лінійному закону і буде постійною в усіх точках простору (1) рис.4.

Рисунок 4. Розподіл потенціалу в діоді в міжелектродному просторі

при різних напругах накалювання катода

При температурі нагріву до Т=350 К невелика кількість електронів буде випромінюватися катодом, і навколо нього створиться від'ємний просторовий заряд, який при підключенні напруги до анода буде знижувати потенціал в кожній точці простору (2), і всі електрони, які вийшли із катода, досягнуть анода. Розподіл потенціалу буде нерівномірним, але всі електрони будуть знаходитись в польоті до анода. Такий режим роботи діода називається режимом насичення. Закон зміни напруги буде нелінійним, і в діоді не буде виконуватися закон Ома. При зростанні температури кількість електронів біля катода збільшиться, і може наступити такий момент, що напруженість електричного поля біля катода при деякій напрузі анода буде рівна нулю (3), але всі електрони досягнуть анода. При подальшому зростанні температури (при нормальних умовах роботи) біля катода створюється об’ємний просторовий заряд, який гальмує рух електронів до анода, і деяка кількість електронів за рахунок від'ємного просторового заряду буде повертатися на катод, тобто біля катода створиться від'ємний потенціал, або напруга U_мін, і тільки при деякій напрузі на аноді електрони зможуть побороти сили негативного заряду і почнуть рухатись до анода (4).

В перших трьох випадках емісійний струм буде рівний струму анода

При створенні мінімального потенціалу для того, щоб електрон зміг побороти його вплив, необхідно йому мати необхідну початкову швидкість:

, ,

Для визначення струму анода можемо скористатися залежністю струму від параметрів з урахуванням мінімального потенціалу:

.

Виходячи з цього можна знайти величину мінімального потенціалу.

.

Мінімальна напруга у малопотужних ламп досягає 0,1В.

Виходячи із розглянутих випадків можемо зробити висновок, що електронно-вакуумні прилади характеризуються емісійними характеристиками, це залежність струму анода від напруги катода при постійній напрузі на аноді.

а б

Рисунок 5. Емісійна (а) та вольт – амперні анодні характеристики діода (б)

Р

U_A1

ежим роботи діода, при якому біля катода за рахунок дії просторового заряду створюється гальмуюче поле, що обмежує стум анода І_а, називається режимом просторового заряду.

Емісійна характеристика діода практично не застосовується, а створюються умови, щоб нагрів підтримувався постійним в заданому режимі роботи, тоді основною характеристикою діода буде залежність І_а від U_a при постійній напрузі нагріву.

Якщо діод знаходиться в електричній схемі, то при моделюванні, як і всі прилади, його замінюють еквівалентною схемою, тому параметри діода будуть:

• крутизна вольт амперної характеристики ;

• внутрішній опір .