Главная Электровакуумный прибор с термоэлектронным катодом



Так как в области, более удаленной от середины просвета, поле искажено сильнее и горизонтальная составляющая силы больше, то электроны в ней сильнее отклоняются и достигают середины просвета в точках, менее удаленных от катода (они попадают нз более крутой участок «склона потенциальных холмов»). Наиболее сильно отклоняются траектории электронов, выходящих из точек катода, лежащих под проволоками сетки.

Электроны, которые достигли середины просвета, за счет наличия у них горизонтальной составляющей скорости, снова удаляются от нее и подвергаются действию поля, стремящегося вернуть их к линии симметрии. На «поверхности потенциального рельефа» это соответствует перекатыванию электронов со «склона» одного «потенциального холма» на «склон» другого. При этом менее отклоненные электроны только приближаются к середине просвета (они пересекли линию симметрии уже в слабособирающем поле), а сильно отклоненные могут опять ее пересечь и т. д.

В однородное поле у анода электроны входят под различными углами к нормалям, проведенным к поверхностям электродов. Здесь они подвергаются действию сил, которые направлены к аноду. Так как нормальная составляющая скорости электронов возрастает, а горизонтальная не изменяется, то электронные траектории приближаются к нормалям, и электроны попадают на анод.

Объяснение вида траекторий, относящихся к случаям, когда на сетку подано положительное напряжение (рис. 2.66-д), в принципе не отличается от предыдущего. Вблизи катода они совпадают с нормалями к поверхности электродов. В искаженной области поля электроны приобретают горизонтальную составляющую скорости, и И1Х траектории искривляются. В случае, когда О < < м„р, так же, как и при Ug < О, искаженное поле обладает собирающим действием (эквипотенциальные линии направлены выпуклостью к катоду); наоборот, при Ug > Unp, когда эквипотенциальные линии направлены выпуклостью к аноду, в области сетки создается рассеивающая электронная линза. Только при Ug = Unp электронные траектории не претерпевают отклонений (в области сетки поле остается однородным). В однородном поле у анода силы направлены по нормалям к поверхности электродов. Однако здесь оно может быть

и ускоряющим (Ua > Ug) И ТОрМОЗЯЩИМ [fla < Ug)

В первом случае траектории электронов приближаются к нормалям и они достигают анода (рис. 2.66-г).

Если поле перед анодом тормозит движение электронов-(рис. 2.6<Э), то нормальная составляющая скорости убывает, и угол отклонения электронных траекторий возрастает. При этом на анод попадает лишь часть электронов, прошедших просвет.

Последний случай рассмотрим подробнее. Предполагая, для простоты, что во всей области искаженного поля потенциал остается примерно постоянным и равным потенциалу на сетке, можн» считать, что полная скорость электрона, вступающего в однород-

ное поле у анода, и = j/2-ы. Отсюда следует, что нормальную составляющую скорости электрона, траектория которого отклонена на угол а, можно выразить как Уп ="y2-ucos а. С другой

стороны, электрон может преодолеть тормозящее поле и попасть на анод лишь тогда, когда его энергия

!L-q{Ug-u,).

Произведя простейшие преобразования, получим условие, определяющее возможность достижения электроном анода:

sina <

Легко понять, что на анод попадают лишь те электроны, которые в искаженной области поля отклонены на угол а, меньший угла Окр, определяемого из выражения

sin а«р

(2.12)

и называемого критическим углом. Очевидно, что электрон, отклоненный на угол акр, только касается анода (рис. 2.65). Электроны, проходящие ближе к середине просвета, имеют траектории, отклоненные на меньший угол, поэтому они попадают на анод. Наоборот, электроны, летящие ближе к проволокам сетки, отражаются тормозящим полем и возвращаются к ним.

Случай б на рис. 2.6 внешне подобен случаю а (уменьшение углов отклонения электронных траекторий объясняется тем, что при % > О потенциал сетки меньше отличается от потенциала пространства, и она меньше искажает электрическое поле). Однако между ними существует принципиальное различие. Оно состоит в том, что при положительном напряжении на сетке часть электронов, покидающих катод, не проходит через просвет и перехватывается проволоками сетки.

На рис. 2.66 в числе других показаны электронные траектории, которые касаются проволок сетки. Так как при этом электрическое поле собирает электронный поток, то расстояние а между начальными точками этих траекторий превосходит ширину просвета в плоскости сетки, т. е. величину., (р--26).

Траектории, касательные к проволокам сетки, называются граничными, так как они разделяют электронный поток на две части, одна из них попадает на анод, а другая - на сетку. Все электроны, выходящие из участка катода, расположенного между граничными траекториями, попадают на анод. Электроны, вылетающие с



остальной части поверхности катода, перехватываются сеткой. Если известно расстояние а, то расчет коэффициента токораспределения производится по формуле

у = -

(2.13)

Когда напряжение на сетке равно напряжению пространства (рис. 2.бв), все траектории; совпадают с нормалями к поверхностям электродов, и расстояние а становится равным ширине просвета (р-26).

Если же напряжение на сетке превосходит напряжение пространства (рис. 2.6г) и искаженное поле в области сетки действует как рассеивающая электронная линза, то начальные точки граничных траекторий приближаются к середине просвета и расстояние а становится меньше его ширины (р-26).

Расстояние а становится еще меньше при сеточном напряжении, превышающем анодное (рис. 2.6d). Однако в этом случае процесс токораспределения протекает иначе, так как кроме электронов, перехватываемых сеткой, на ее проволоки попадают и электроны, отраженные тормозящим полем, действующим перед анодом.

Выше было выяснено, что при Ыо < на анод попадают только электроны, отклоненные в скаженном поле на угол, меньший критического угла. Отсюда следует, что в этом случае граничными траекториями являются траектории, отклоненные на угол, равный критическому, т. е. траектории, касательные к поверхности анода.

Практический интерес представляет рассмотрение поведения электронов, отраженных полем у анода и возвращающихся к сетке. Покажем, что эти электроны, прежде чем попасть на сетку, многократно колеблются вокруг ее проволок.


Рис. 2S

Колебание электронов вокруг проволок сетки при Ua < Ug иллюстрирует рис. 2.9. Более полно показана траектория а, отклоненная в искаженной области поля на угол, превышающий критический. Электрон, описывающий эту траекторию, возвращается к сет* 72

ке. В ее плоскости он может встретить проволоку, но так как ширина просвета значительно больше диаметра проволоки, то более вероятно, что он проникнет в промежуток между сеткой и катодом. Здесь, встречая тормозящее поле (фг>фк), он снова отразится к сетке и попадет в промежуток сетка -анод, откуда возвратится к сетке и в околокатодную область и т. д. Прежде чем попасть на проволоку, электрон может описать несколько десятков и даже сотен петель вокруг сетки.

Рассматриваемое явление имеет значение лишь при анодных напряжениях, близких к нулю. Это непосредственно вытекает из рассмотрения рис. 2.8. В областях / напряжение яа сетке небольшое, следовательно, небольшим будет и анодное напряжение, при котором возникает колебательное движение электронов. Возникновение колебательного процесса при большом положительном напряжении на аноде (рис. 2.6д) ниже не рассматривается.

Заметим, что колебания электронов вокруг сетки возможны не только при положительном напряжении на аноде. Они могут быть и при небольшом отрицательном анодном напряжении, так как и в этом случае электроны за сеткой встречают тормозящее поле и возвращаются к ее проволокам и в охолокатодную область. Однако при большом отрицательном анодном напряжении, когда электроны уже не могут проходить через плоскость сетки и сразу попадают на ее проволоки, колебательные явления исчезают.

Многократные колебания электронов вокруг сетки приводят к увеличению объемной плотности заряда в промежутках сетка - анод и катод - сетка (каждый колеблющийся электрон много раз проходит через эти промежутки).

Ростом объемной плотности заряда в промежутке сетка - анод объясняется прогиб вверх потенциальной диаграммы этого промежутка (диаграмма д на рис. 2.5г). Очевидно, что поле пространственного заряда дополнительно тормозит движение электронов, прошедших сетку, а следовательно, уменьшает анодный ток и коэффициент токораспределения. Формально можно говорить, что поле пространственного заряда уменьшает критический угол отклонения электронных траекторий.

Возрастание объемной плотности заряда в промежутке катод - сетка сопровождается увеличением потенциального минимума у катода и ограничивает катодный ток.

В дальнейшем для сокращения письма объемный пространственный заряд в промежутке катод-сетка будем называть первичным, а в промежутке сетка - анод - вторичным.

С описанными явлениями не приходится считаться в режимах, когда отсутствуют колебательные движения электронов. Этим, в частности, объясняется, что потенциальные диаграммы а я г рис. 2.5г в принципе подобны друг другу.

Более полное представление о влиянии напряжений на процессы токораспределения дает рис. 2.10, на котором показаны поло-



жения граничных траекторий при различных значениях отноше*

При - = О (т. е. при Ua = 0) критический угол Окр = 0. Если

пренебречь начальными энергиями электронов, то можно считать, что в этом случае электроны на анод не попадают и, следовательно, граничные траектории начинаются из одной точки, находящейся на линии симметрии поля, и сливаются с ней (рис. 2.10а). Коэффициент у при этом равен нулю, а сеточный ток - катодному.


Рис. 2.10

С увеличением - критический угол увеличивается, и гранич-

ные траектории, касательные к аноду, раздвигаются (рис. 2.106). Ток анода и коэффициент у увеличиваются за счет уменьшения количества электронов, возвращающихся к сетке.

При некотором, еще большем значении -, называемом пре-

дельным, граничные траектории, раздвигаясь, коснутся проволок (рис. 2.10в). Опыт показывает, что предельное отношение

\Ug /пред

Если - >- (- I , то граничными уже будут траектории,

Ug \Ugjnped

касательные к проволокам сетки, так как в этом случае все электроны, проходящие через просветы, попадают «а анод, а на сетку поступают лишь электроны, перехваченные проволоками.

Дальнейшее перемещение граничных траекторий, сопутствующее увеличению отношения - (рис. 2.Юг-е), пояснено выше.

По мере приближения их начальных точек к проволокам сетки и увеличения расстояния а анодный ток и коэффициент у возрастают, а ток сетки уменьшается.

Рисунок 2.10 полезно сравнить с рис. 2.6. Очевидно, что рис. 2.66 соответствует рис. 2.10е; рис. 2.6в - рис. 2.105; рис. 2.6г - рис. 2.10г, а рис. 2.65-рис. 2.106. 74

Из приведенного следует, что при различных соотношениях и Ug процесс токораспределения протекает различно. В связи с этим различают два режима токораспределения - возврата и перехвата.

Режимом возврата называется режим при

,Ug А

пред

когда граничные траектории касаются анода и сеточный ток определяется как перехваченными, так и возвращенными электронами. Характерной особенностью режима возврата является наличие колеблющихся вокруг сетки электронов (рис. 2.65 и 2.10а, б).

Режим перехвата -это такой режим при

>

\Ugj

пред

когда граничные траектории касаются проволок и все электроны, прошедшие через просветы сетки, попадают на анод (рис. 2.66-г и 2.10г-е).

В каждом из этих режимов увеличение - приводит к увели-

чению расстояния а между начальными точками граничных траекторий и коэффициента у. Однако влияние напряжений на коэффициент у в режиме возврата значительно больше, чем в режиме перехвата.

В режиме перехвата даже большие изменения отношения

мало изменяют расстояние а и коэффициент у (рис. 2.10в-е). В первом приближении расстояние а может считать постоянным и примерно равным Ширине просвета. Коэффициент у в этом режиме близок к единице, а анодный ток значительно превосходит сеточный (р >2б).

В режиме возврата расстояние а и коэффициент у, наоборот,

сильно зависят от отношения - (рис. 2.10а-в); даже небольшие

изменения напряжений на аноде и сетке сопровождаются значительными изменениями анодного и сеточного токов. В этом режиме сеточный ток может превосходить анодный.

♦ ХАРАКТЕРИСТИКИ АНОДНОГО И СЕТОЧНОГО ТОКОВ

Теперь обратимся к рассмотрению характеристик анодного и сеточного токов. Ограничимся случаем, когда на анод подано положительное напряжение (при Ua < О анодный ток отсутствует, а характеристиками тока сетки являются характеристики, изображенные в областях рис. 2.8). Для приближения к реальным условиям следует учитывать начальную энергию электронов.

На рис. 2.11 показаны зависимости анодного тока от напряжения на сетке при различных положительных напряжениях на аноде, называемые управляющими или анодно-сеточными характеристиками.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [10] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


0.0099