книги из ГПНТБ / Власов В.Ф. Электронные и ионные приборы Учеб.пособие для радиотехн.вузов и фак

как мы видели в предыдущем параграфе, вследствие образо­ вания вблизи катодатормозящего поля пространственного за­ ряда, напряжённость поля у поверхности катода тодсе не равна

тельно, рассматривая эту плоскость, как катод, можно приме­ нить для области от минимума потенциала до анода закон

гмин С га, то для практических подсчётов анодного тока доста­ точную точность даёт применение ф-лы (6.8).

Для цилиндрических электродов приближённая зависимость анодного тока от анодного напряжения найдена Лэнгмюром. Более строгое и точное решение было дано С. А. Богуславским в 1924 г. >)

Конструкция электродов показана на рис. 6.5: пб оси ци­ линдрического анода, имеющего радиус га и длину 1а , распо­ ложен прямолинейный катод круглого сечения с радиусом гк. Для упрощения вывода принимается, что на поверхности Като­

да потенциал U и напряжённость электрического поля дг рав-

ны нулю и что электроны, испускаемые катодом, не имеют начальной скорости (о0= 0).

При этих допущениях ток в цепи анода определяется фор­

101

где Р2 — поправочный множитель, который необходимо вве­ сти, Так как найденное решение не удовлетворяет в точности условиям, принятым на поверхности катода.

муле

P = ln ( ^ ) - T ,n!' ^ + > s ( t b ' - <6ЛЗ)

рис. 6,7. При холодном катоде, когда пространственного за­

электроны, создающийся пространственный заряд снижает по­

102

что величина действующей поверхности анода зависит от фор­ мы катода,.и чем ближе конструкция катода подходит к сплош­ ной поверхности, тем больше используемая поверхность анода Qa. Поэтому при плоских анодах катоды делаются V- или ^-об­ разной формы. За величину дей­ ствующей поверхности анода в этом случае следует брать удво­ енную площадь ]), показанную штриховкой на рис. 6.8 для ^-об­

разного катода.

§ 6.3. Уточнённые формулы для времени пролёта электронов в диодах

Определяя из ур-ний (6.5) и (6.6) время /, необходимое элект­ рону для пролёта расстояния х, находим

Подставляя в это выражение численное значение — и вы-

При х = га и Ux = Ua ф-ла (6.186) определяет время пролёта электронов от катода до анода в диоде с плоско-параллель­ ными электродами

В отличие от формулы времени пролёта, полученной в § 5.1 для одиночного электрона, ур-ние (6.19) учитывает влияние на движение одного электрона всех других электронов, находя­ щихся в междуэлектродном пространстве, т. е. учитывает влия­ ние пространственного заряда и является более точным, чем прежняя формула. Сравнение этих формул показывает, что про­ странственный заряд, снижая во всех точках пространства ка­ тод-—анод положительный ускоряющий потенциал, уменьшает скорость электронов и тем увеличивает время пролёта пример­ но в полтора раза.

') Площадь удваивается потому, что анод плоской конструкции делается обычно из двух пластинок, располагаемых по обе стороны катода.

104

Аналогичным образом можно определить время пролёта электронов с катода на анод в диоде с цилиндрической конст­ рукцией электродов. При условии, что радиус катода очень мал по сравнению с радиусом анода, время пролёта равно

U /;

Если отношение — не очень велико, то время пролёта сле­

дует вычислять по формуле

где числовое значение функции f^ — J определяется из графика

рис. 6.9.

Из ф-л.(6.19) и (6.20) видно, что время пролёта электрона

влампе с цилиндрическими электродами меньше, чем в лампе

сплоскими электродами с таким же расстоянием катод—анод. Объясняется это тем, что в лампе с цилиндрическими электро­

дами потенциал вблизи Катода' возрастает быст­ рее, чем в лампе с плос­ кими электродами (срав­ ните рис. 6.2 и 6.7), вслед­ ствие чего электроны, вы­ летая с катода, сразу при­ обретают большую ско­ рость.

Если вблизи катода существует минимум по­ тенциала, созданный про­ странственным зарядом, то время пролёта электро­ на увеличивается по срав­ нению с тем, что дают по­ лученные нами формулы, так как в этом случае электрон должен сначала

пройти некоторый путь (от катода до гмиН) в тормозящем поле и только после этого начнёт двигаться ускоренно на пути от Гмин до анода.

Рассмотрим для примера диод плоско-параллельной кон­ струкции. Электроны, возвращающиеся из области минимума потенциала к катоду, проходят этот путь, согласно ф-ле (6.19),

105

Г Л А В А 7

ДВУХЭЛЕКТРОДНЫЕ ЛАМПЫ

§ 7.1. Статические характеристики диодов

Отклонения реальных характеристик от закона степени 3/2

Теоретическая зависимость величины постоянного тока в цепи анода от анодного напряжения, определяемая законом степени 3/2, графически изображается полукубической парабо-

^ Р 2

пени 3/2 анодный ток должен при увеличении Ua расти до сколько угодно больших значений, так как при выводе этого закона предполагалось, что катод даёт неограниченную эмис­ сию. Но в действительности ток эмиссии катода имеет вполне определённую величину при данной тем­ пературе катода; поэтому, когда величи­ на тока в анодной цепи, увеличиваясь, достигнет значения тока эмиссии, рост тока прекращается — устанавливается ре­ жим насыщения. На рис. 7.1 показано,

как должна идти характеристика /„ =f[U„) для трёх различных температур катода. Подчеркнём, что согласно закону степе­ ни 3/2 восходящие участки всех трёх кривых совпадают, т. е. в режиме про­ странственного заряда увеличение темпе­ ратуры катода теоретически не должно влиять на анодный ток, величина которого

ограничивается при заданном анодном напряжении увеличиваю­ щимся пространственным зарядом.

Сравнивая теоретическую кривую Ia = g lft (рис. 7.1) с фак­ тически получаемыми при исследовании лампы характеристиками la = f(Ua) (Рис- 6.1), мы видим, что эти кривые отличаются друг от друга:

107

1) восходящие участки .характеристик, снятые при разных накалах катода, идут веерообразным расходящимся пучком, в то время как теоретические характеристики все совпадают;

2) действительные характеристики идут обычно более поло­

го, чем это следует по закону степени 3/2; 3) переход к режиму насыщения в действительных характе­

ристиках происходит постепенно, характеристики весьма плавно загибаются вместо резкого установления тока насыщения;

4) ток в области насыщения не остаётся строго постоянным, а всегда при повышении анодного напряжения увеличивается в большей или меньшей степени в зависимости от свойств катода.

Рассмотрим подробнее отдельные участки действительных характеристик диода и выясним причины, которые вызывают отклонения этих характеристик от теоретического закона сте­ пени 3/2.

Начальный участок характеристики

В л и я н и е н а ч а л ь н о й с к о р о с т и э л е к т р о н о в . Вследствие того, что электроны, вылетая с поверхности катода, обладают начальными скоростями, не равными нулю, они мо­ гут, как это было указано в § 6.1, при анодном напряжении Ua =0 преодолевать тормозящее поле пространственного заря­

сит от скорости наиболее быстрых электронов и точность изме­ рения его определяется чувствительностью прибора, включённо­ го в анодную цепь.

Если считать, что распределение скоростей электронов, вы­ летающих с катода, подчиняется закону Максвелла, то отно­ шение числа электронов, доходящих до анода при заданном на нём отрицательном потенциале Uа, к общему числу электро-

108

нов, попадающих на анод при отсутствии отрицательного потен­ циала на аноде, определяется, формулой Больцмана

Следовательно, зависимость анодного тока от тормозящего потенциала на аноде представляется уравнением

1п/а в функции от тормозящего отрицательного потенциала Uu, то получающаяся линейная зависимость подтверждает справед­ ливость экспоненциального закона в ур-нии (7.1) и исходного предположения о максвелловском распределении начальных скоростей электронов. Так как начальные скорости электронов невелики (обычно «запирающий» потенциал не превышает 1,5 -4- 2 в), то влияние их'сказывается только в начальном участке характеристики.

В л и я н и е к о н т а к т н о й р а з н о с т и п о т е н ц и а л о в а н о д —к а т о д . Расположение начального участка характери­ стики, т. е. её сдвиг относительно оси ординат, зависит от кон­ тактной разности потенциалов между анодом и катодом, кото­ рые изготовляют обычно из разных материалов. Если работа выхода у материала анода больше, чем у материала катода, то между анодом и катодом возникает тормозящее поле даже в тех случаях, когда внешнего напряжения нет, вследствие чего уменьшается необходимый «запирающий» потенциал Ull0 и ха­

рактеристика начинается правее.

Уравнение начального участка характеристики в этом случае

•(Og+UJ

сительно катода.

В лампах с активированными катодами поверхность анода часто покрывается распыляющимся с катода активным мате­ риалом; так как, в зависимости от степени покрытия, работа вы­ хода анода изменяется различно, то это обстоятельство приво­ дит к наблюдающейся на опыте неустойчивости характеристи­ ки в начальном участке: начало характеристики с течением вре-

’) Если понимать под Ua абсолютную величину потенциала анода, то по­ казателе степени в этой формуле должен иметь отрицательный знак.

109