Р исунок 12. 4

Понижение высоты потенциального барьера, т.е. уменьшение работы выхода, равно

(4)

где Е- напряженность электрического поля у катода.

Учитывая эффект Шотки, из формула (4) для отношения значений тока диода при разных значениях Е получаем:

(5)

где Т=соnst

Отсюда можно определить заряд электрона:

(6)

где напряженность поля рассчитывается по формуле

(7)

r_а и r_к – радиусы анода икатода

Если к аноду присоединить отрицательный полюс батареи Б_А, то направление поля между катодом и анодом будет препятствовать движению электронов к аноду, миллиамперметр не покажет тока и лампа будет “заперта”. Таким образом, диод обладает односторонней проводимостью и его можно использовать для выпрямления переменного тока.

Такие диоды получили название кенотронов.

Параметры диода

Для оценки работы диода нужно знать его параметры, основными из которых являются: крутизна характеристики диода, внутреннее сопротивление и мощность, рассеиваемая на аноде.

1 Крутизна характеристики показывает, на сколько меняется анодный ток с изменением анодного напряжения. Обозначим через S крутизну характеристики, тогда:

S = (DI_A / DU_A) ( 8)

то есть эта величина показывает изменение анодного тока в миллиамперах при изменении напряжения на 1 вольт (рисунок 5.3). У диодов разных типов крутизна меняется в пределах 0,25 ¸ 7,0 мА / В.

2 Величина, обратная крутизне, называется внутренним сопротивлением диода и обозначается R_i ,

R_i = 1 / S,

то есть

R_i = DU_A / DI_A, (9)

Чем больше крутизна и меньше внутреннее сопротивление, тем лучше работает диод в качестве выпрямителя тока.

3 Мощность, рассеянная на аноде,

P_A = I_AU_A. (10)

Значит, эта мощность равна произведению анодного тока на анодное напряжение и выражается в ваттах. Эта мощность, выделяемая в результате бомбардировки анода электронами, нагревает его, так как кинетическая энергия электронов при ударе превращается в теплоту, которая рассеивается путем излучения.

Если на аноде выделяется мощность больше допустимой для данной лампы, то анод раскаляется (часто докрасна) и из металла анода выделяются газы и внутренний объем лампы светится. Срок службы лампы сокращается.

Типы катодов

На все параметры диода и на его вольтамперную характеристику большое влияние оказывает устройство катода. Катоды электронных приборов делятся по составу на простые и сложные. К простым относятся катоды из чистого металла, например, из вольфрама. К сложным — активизированные катоды, у которых на поверхность основного металла нанесен тонкий слой окислов щелочно-земельных металлов (бария, стронция и кальция), уменьшающих работу выхода. Такие катоды называются оксидными, их применение повышает экономичность лампы (уменьшает температуру накала , а значит и расход энергии на накал; увеличивается срок службы лампы и т. д.). Поэтому теперь в большинстве случаев применяют оксидные катоды.

Оксидные катоды обладают той особенностью, что их ток эмиссии растет с ростом анодного напряжения, не достигая значения, соответствующего насыщению, и вольтамперная характеристика имеет примерно вид, показанный на рисунке 5. Объясняется это тем, что поверхность оксидного катода не идеально гладкая, а имеет множество мелких неровностей. Электроны под действием сильного электрического поля вытягиваются из неровностей, что и приводит к увеличению анодного тока при увеличении анодного напряжения

Рисунок 12. 5

. По способу подогрева катоды делятся на катоды прямого и косвенного накала (или подогревные катоды). Катод прямого накала (как говорилось выше) представляют собой металлическую нить из тугоплавкого металла с оксидным слоем или без него, концы которой подключаются к батареи накала. Такой катод не прочен (нить легко обрывается), но он быстро разогревается (несколько секунд) — это его преимущество. Но так как он требует для своего питания специальную лампу накала, то лампы прямого накала применяются сейчас мало (в переносных устройствах, работающих от аккумуляторов, и т. д.).

Сейчас почти все электронные лампы, используемые в различных областях науки и техники, имеют оксидные катоды косвенного накала, которые питаются переменным током. Такой катод состоит из вольфрамовой нити подогрева, показанной на рисунке 12.6, которая пропущена через отверстие в тонком цилиндре из непроводника. на этот цилиндр плотно насажена никелевая трубка, оксидированная сверху. Слой окислов и есть оксидный катод, испускающий электроны при накале нити подогрева. Так как такой катод обладает большой тепловой инерцией, то мгновенные колебания переменного тока не вызывают в нем колебания температуры, а значит и колебания тока эмиссии, чего нельзя сказать о катоде прямого накала, тепловая инерция которого очень мала. Поэтому катод прямого накала может питаться только от источника постоянного тока, а косвенного — также и переменным током. Катод косвенного накала прочен в механическом отношении, но разогревается через 30 - 90 секунд после включения, поэтому есть области, где он применяться не может.

Рисунок 12. 6

Кроме двухэлектродных электронных ламп существуют еще более сложные электронные лампы с тремя или более электродами: трехэлектродная лампа — триод, четырехэлектродная лампа — тетрод, пятиэлектродная лампа — пентод. Применяются они для усиления тока, напряжения, мощности и для генерирования (возбуждения) электрических колебаний в различных схемах электроники и автоматики. Мы их в данной работе рассматривать не будем.