Тема: Электронные лампы

Классификация электронных ламп:

1. По числу электродов (2 – диод, 3 – триод, 4 – тетрод, 5 – пентод, 6 – гексод);

2. По области применения (генераторные, усилительные, электрометрические, выпрямительные и т.д.)

1. Двухэлектродные вакуумные лампы (диоды)

Диод состоит из подогреваемого катода (К) (прямого или косвенного накала) и анода (А). При включении диода в цепь, согласно схеме, в анодной цепи течет ток I_a.

1. Вольт-амперная характеристика (вах) диода

ВАХ диода нелинейная. Нелинейность ВАХ объясняется следующим образом. При наличии термоэлектронной эмиссии в пространстве между А и К в любой момент времени находятся электроны, движущиеся от К к А. Эти электроны образуют облако отрицательного заряда (пространственный заряд), которое изменяет распределение потенциала в диоде.

Рассмотрим плоские анод и катод. В отсутствие пространственного заряда распределение потенциала в пространстве катод–анод будет изображаться прямой линией, как в плоском конденсаторе. При наличии термоэлектронной эмиссии за счет пространственного заряда значение потенциала в любой точке пространства К – А, за исключением самих К и А, будет меньше (левый рисунок ниже).

Так как пространственный заряд оказывает тормозящее действие, то скорости электронов уменьшаются. С увеличением анодного напряжения концентрация электронов в облаке уменьшается, так как облако рассасывается. Поэтому и тормозящее действие пространственного заряда уменьшается, а анодный ток I_a увеличивается.

Когда потенциал анода становится настолько большим, что все электроны, испускаемые катодом, попадают на анод (потенциальная кривая не имеет минимума (левый рисунок), а кривая энергии электрона не имеет максимума (правый рисунок)), ток I_a достигает своего максимума I_as и не зависит от напряжения на аноде V_a при его дальнейшем увеличении. Эта сила тока I_as – сила тока насыщения – определяется эмиссионной способностью катода и описывается выведенной нами ранее формулой Ричардсона – Дешмена.

2. Закон степени 3/2 (I_a = сV_a^3/2)

Рассмотрим случай, когда электроды плоские.

Предположим (первое упрощение), что напряженность электрического поля у катода равна нулю:

.

Примем обозначения для V(x): V(0) = 0 и V(d) = V_a.

Предположим также (второе упрощение), что электроны покидают катод с нулевой скоростью: v(0) = 0.

Потенциал электрического поля будет удовлетворять уравнению Пуассона (для нашего одномерного случая):

. (1)

Запишем выражение для плотности тока в лампе

i = env. (2)

Найдем скорость электрона из соотношения

, (3)

_. (3’)

Используя (2) и (3’) для произведения en получаем:

. (4)

Подставив (4) в (1), получаем следующее уравнение:

, (5)

где .

Умножим обе части этого уравнения на :

. (6)

Соотношение (6) можно записать в виде

. (7)

Интегрируя (7) с учетом начальных условий, получаем

. (8)

Извлечем корень из правой и левой частей уравнения (8)

. (9)

После разделения переменных в (9) имеем

. (10)

Второе интегрирование (от 0 до х и от 0 до V) дает

. (11)

Подставляя а, получаем

. (12)

После возведения в квадрат формула (12) переходит в

. (13)

Отсюда находим плотность тока (в любой точке х)

. (14)

Плотность тока на аноде, когда х = d, а V = V_a, есть

. (15)

Эта формула называется законом степени 3/2.

Для тока через диод I_a из (15) получаем

. (16)

Этот закон – закон степени трех вторых был получен Ленгмюром в 1913 году. Закон 3/2-х справедлив только для режима объемного заряда. В режиме насыщения (как мы уже знаем) ток анода равен току эмиссии и уже не зависит от напряжения V_a (формула Ричардсона-Дешмена).