Главная Электровакуумный прибор с термоэлектронным катодом



в плоскости О напряженность электрического поля равна нулю, т. е. в каждом промежутке у границы, совладаюшей с плоскостью О, «внешнее» поле компенсируется полем пространственного заряда.

При увеличении катодного тока поля пространствеиного заряда в праме-жутках усиливаются. Но так как и при большем токе катода напряженность поля в точке потенциального минимума равна нулю, то одновременно с усилением полей пространственного заряда должны усиливаться и «в"нешние» поля, т. е. точка минимального потенциала на потевдиальной диаграмме должна изменить свое положение.

Внешние» поля промежутков усиливаются при увеличении разностей потенциалов Ugio л Uoa, т. е. при уменьшении потенциала в точке потенциального минимума и ширины промежутков (при соотвеггствующем смещении плоскости О).

Прн нзменбнин положения плоакостн О компенсация полей не может вос-становнтюя без изменения ее потенциала, так как при этом один из промежутков увеличивается, а другой -уменьшается. Она не восстанавливается и при уменьшении потенциала плоскости О без изменения ее положения, поскольку прн пзменении напряжений Ugjo и Uoa на одну и ту же величину «внешнее» поле в правом промежутке изменяется значительно больше, чем в левом (и«2 > «о).

Поля компенсируются, если точка минимального потенциала смещается вверх и влево. Увеличение ширины правого промежутка ограничивает чрезмерное усиление его «внешнего» поля, сопровождающее увеличение напря;жеиия Uoa. Уменьшение rgo приводит к дополнительному усилению «внешнего» поля левого промежутка.

Прн некотором значении катодного тока величина минимального потенциала становится равной нулю (диаграмма 5). Плоскость О, в которой потенциал равен нулю, называется плоскостью виртуального (мнимого) катода.

Величина катодного тсжа, при которой возникает виртуальный катод, для электронных процессов в промежутке является граничной.

При меньшем токе, когда потенциал в точке минимального потенциала имеет конечную величину, все электроны, проходящие через вторую сетку, достигают анода (последнее справедливо при допущении, что электронные траектории совпадают с нормалями к поверхностям электродов). При большем токе часть электронов возвращается обратно.

Последнее требует пояснения. Когша катодный ток возрастает, превышая предельное значение, в левом промежутке усиливается поле пространственного заряда, а следовательно, усиливается и его «внешнее» поле. Потенциал в точке потенциального минимума не может быть отрицательным, так как при этом все электроны вернутся ко второй сетке и усиление «внешнего» поля левого промежутка может произойти лишь за счет уменьшения его ширины, т. е. за счет смещения виртуального катода ко второй сетке (диаграмма 6).

Однако последнее сопровождается увеличением ширины правого промежутка и ослаблением его «внешнего» поля. При этом компенсация полей в правом промежутке возможна лишь при убывании количества электронов, вступающих в него, т. е. при возвращении части электронов ко второй сетке. Чем больше катодный ток, тем ближе ко второй сетке располагается виртуальный катод и, следовательно, тем меньше электрояов попадает на анод.

На рнс. 2.22 показаны зависимости тока анода от катодного тока. До образования виртуального катода все электроны, проходящие через вторую сетку, достигают анода; при увеличении катодного тока ток анода возрастает. После возникновения виртуального катода анодный тсж уменьшается. Чем больше напряжение яа аноде, тем, очевидно, больше катодный ток, прн котором появляется ВсИртуальный катод.

Уменьшение анодного тока при увеличении катодного в режиме, когда появляется виртуальный катод, объясияет пересечение выходных характеристик. Увеличение отрицательного напряжения на первой сетке приводит к уменьшению катодного тока и увеличению анодного. В режиме перехвата характеристики подчиняются нормальному закону.

Возникновение виртуального катода может быть причиной изменения вида и управляющей характеристики (рис. 2.17). Начиная с отрицательного напряже-

ния на первой сетке, пр.и котором катодный ток вызывает появление виртуаль-но катода анодный 4с начинает убывать. Практически, однако, "ри большом "Гряжениина аноде с этой ненормальностью приходится считаться только при положительных напряжениях Ugi.



Рис. 2.22

Рис. 2.23

Остается рассмотреть вопрос об управляющем действии третьей сетки. Изменение напряжения ыз сопровождается изменением потенциального барьера в ее плоскости и, тормозящего поля за второй сеткой (рис. 2. 15s). При большом отрицательном напряжении на третьей сетке все электроны, прошедшие вторую сетку, возвращаются обратно. Анодный ток при этом отсутствует, а ток второй сетки равен катодному (рис. 2.23). Уменьшение отрицательного напряжения приводит к убыванию количества возвращенных электронов, анодный ток в этом случае увеличивается, а ток второй сетки уменьшается. Несмотря на отсутствие влияния напряжения на третьей сетке на поле в околокатодной области, катодный ток несколько возрастает. Это объясняется ослаблением поля первичного пространственного заряда, вызванным уменьшением количества возвращенных электронов.

Когда все электроны, прошедшие вторую сетку, проходят через плоскость третьей сетки, изменение цз мало влияет на токи в разрядной системе. Анодный ток увеличивается, а ток второй сетки уменьшается лишь за счет уменьшения количества электронов, перехватываемых второй сеткой. Катодный ток остается практически постоянным. При Ug3>0 появляется ток третьей сетки igz. На рис. 2.23 показано также и изменение коэффициента у-

Из сказанного выше следует, что управляющее действие третьей сетки реализуется только в режиме возврата, когда она вследствие изменения количества возвращаемых электронов может менять



коэффициент у. Практически оно ограничивается областью отица-тельных значений Ug3. Опыт показывает, что при высоком анодном напряжении и малом отрицательном напряжении на третьей сетке пентод работает уже в режиме перехвата.

В заключение остановимся на оценке эффективности управления анодным током по третьей сетке. Для этого рассмоприм подробнее условия прохождения электронами пломежутка между второй и третьей сетками.

т»я сетка(u,j<0)


Аиов[иа>0)

В этом случае .все электроны, пролетающие через промежуток, находятся в одинаковых условиях. При отрицательном напряжении на третьей сеже они не могут достигнуть плоскости, в которой она расположена, и, дойдя до плоскости нулевого потенциала, возвращаются обратно. При уменьщении отрицательного напряжения из, когда плоскость нулевого потенциала приближается к третьей сетке, электроны все глубже проникают в промежуток. При Ug = О они все достигают плоскости третьей сетки и проходят к аноду. В анодной цепи появляется ток. Он .возникает скачком и при дальнейшем увеличении Ugs не изменяется.




Рис. 2.24

Рис. 2.25

Траектории электронов, вступающих в этот промежуток, не совпадают с нормалями к поверхности электродов, и у различных электронов отклонены на различные углы. Тормозящее поле, действующее за второй сеткой, преодолевают только наименее отклоненные электроны. Однако .в области третьей сетки поле иск.ажено (его «потенциальный рельеф» показан на рис. 2.24), поэтому .возможность прохождения электронов через плоскость третьей сетки определяется не только углами отклонения их траекторий, но и положением траекторий относительно проволок этой сетки. При прочих равных условиях траектории 1, 2 к 3 (рис. 2.24), соответствующие электронам, летящим .вблизи середины просвета, заканчиваются на аноде (траектория / совпадает с линией «дна долины», а траектории 2 я 3 описывают электроны, перекатывающиеся с боковой поверхности одного «холма» на боковую поверхность другого). Электроны, движущиеся по траакто.рияМ 4 и 5, отражаются «холмами» и воз1вращаются ко второй сетке. Существенную роль в этих процессах играет и поле вторичного пространственного заряда. Оно усиливает торможение электронов, преграждая им путь к аноду.

Сложность рассматриваемых явлений, даже при качественном изучении вопроса, не позволяет одновременно учесть все факторы, определяющие управляющее действие третьей сетки. Поэтому ограничиваются только выяснением роли каждого из них в отдельности.

Разберем сначала идеальный случай, когда траектории электронов, вступающих в промежуток, совпадают с нормалями к поверхностям электродов, третья сежа не искажает поле и, следовательно, потенциалы в ее просветах равны потенциалам на проволоках (последнее практически имеет место тогда, когда сетка выполнена из очень тонких проволок, расположенных на очень малых расстояниях друг от друга), и действием поля пространственного заряда можно пренебречь.

Таким образом, потенциально третья сетка обла.дает очень сильным упра.в-ляющим дейстзием (скачкообразное .изменение тока). Однако эффективность управления вследствие отклонения реальной конструкции лампы от идеальной уменьшается.

Ожлонение электронных траекторий в полях первой и второй сеток приводит к тому, что при Ug3=0 не происходит скачкообразного изменения анодного тока. При этом напряжении яа анод попадают только неотклонениые электроны. Для того чтобы ллоскости третьей сетки могли достичь ожлоненные электроны, на нее необходимо подать положительное напряжение, величина которого должна быть тем больше, че.м сильнее отклонена траектория. Отсюда следует, что изменение напряжения ug сопровождается плавным изменением анодного тока, т. е. отклонение электронны-х траекторий является причиной уменьшения эффективности управляющего действия третьей сежи.

Эффективность управления уменьшается и из-за искажений поля, вносимых третьей сеткой. На рис. 2.25 показаны траектории электронов в рассматриваемом промежутке при .различных значениях Ug. В случае а на сетку подано большое отрицательное напряжение, и все электроны возвращаются ко второй сетке. При менее отрицательном напряжении, когда потенциалы в середине просвета принимают положительные значения, электроны начинают проходить на анод (б). В дальнейшем часть просвета, в которой потенциалы имеют положительные значения, расширяется, и количество электронов, достигающих анода, увеличивается (в). При небольшом отрицательном напряжении Ug3 режим возврата заканчивается (г).

Отсюда следует, что искажение поля в плоскости третьей сетки при увеличении напряжения Ug приводит к плавному увеличению анодного тока (он возрастает с увеличешием ширины области положительных потенциалов), т. е. является причиной ослабления управляющего действия третьей сетки. Заметим, что



искажением поля в плоскости третьей сенки объясняется и сдвиг управляющей характеристики по третьей сетке (рис. 2.23) в область отрицательных напряжений. Если они отсутствуют, то Как показано выше, анодный ток возникает лишь при Wg3=0.

Наличие поля вторичного просграисгвенного заряда также приводит к уменьшению эффективности управления. Чем оно сильнее, тем больше напряжение ы«з,

при котором заканчивается режим возврата.

Практический интерес представляют управляющие характеристики пентода по третьей сетке, построенные при различных напряжениях на первой сетке и относящиеся к случаю, когда в промежутке между второй и третьей сетками возникает виртуальный катод (рис. 2.26).

При наличии виртуального катода увеличение напряжения на первой сетке и катодного тока приводит к уменьшению аяодногб тока, поэтому рассматриваемые характеристики в начальной части пересекаются. Следует обратить внимание, что в этом случае третья сетка наиболее эффективно управляет анодным током при тех напряжеииих, при которых исчезает виртуальный катод. Наконец, на рис. 2.27 иллюстрируется влияние напряжения иа третьей сетке на .выходные характеристики пентода (пунктиром показаны характеристики тока второй сетки). При ы«з>0 начальная часть выходной характеристики проходит более круто, чем при Ug3=0, так как при менее сильном тормозящем поле за второй сеткой режим возврата заканчивается при меньшем напряжении на

ia,i-).ino


Рис. 2.26


гоо в

Рис. 2.27

аноде. В режиме перехвата третья сетка не управляет анодным током, и пологие участки выходных характеристик при ««з = О и из > О почти совпадают. При "«3<0 анодный ток возникает лишь при положительном анодном напряжении, копда в просветах третьей сетки появляются области положительного потенциала; нарастает этот ток постепенно в соответствии с расширением этих областей. 92

2.4. УРАВНЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК АНОДНОГО ТОКА"

• ДИОД (рис. 1.5а)

Анодный ток ia диода определяется количеством электронов N, покидающих п01верхность катода л 1 сек (§ 1.1). Используя выражение (1.26), можно «аписать , . , ,

qNlQ = qNle "<Р Q = /,е Q = ie

(2.16)

nI - количество электронов, эмитируемых с 1 слА поверхности катода в 1 сек;

ig и ie - величина эмиссионного тока и его плотность; Q- поверхность электродов. Выражение (2.16) можно использовать для расчета тока только в режиме вылета, так как в этом режиме известен потенциальный минимум фт. Как установлено в § 2.1, он равен анодному напряжению. В режиме пространственного заряда аналитическая зависимость фт от Ua неизвестна, поэтому пользоваться выражением (2.16) нельзя. В режиме насыщения анодный ток равен эмиссион-

ному.

В режиме вылета принимает вид

ia = t(,e

выражение (2.16)

(2.17)

Зависимогть анодного тока от анодного напряжения при постоянном напряжении / кТ

накала Ыср = -~ остается постоииной ве-Я

личиной), построенная яа рис. 2.28, иллюстрирует это уравнение. Теоретически анодный ток запирается при бесконечно большом отрицательном анодном яапряжении. Практически полагают, что напряжение запирания Uao равно напряжению, при котором анодный ток равен 10- а (минимально возможный отсчет амперметров, используемых для исследования обычных электронных схем), т. е.


tlao = Ucp In-

ТМ1№Л (2 18) 11600

Рис. 2.28

где 7 - температура катода в °К {ie в амперах, «ао в вольтах).

В § 2.1 было показано, что режим вылета яе охватьшает всей области отрицательных анодных напряжений. Поэтому при малых значениях Ua (из расчетов следует, что при I Ua\ <3иср) выражение (2.17) несправедливо.

Из выражения (2.18) видно, что напряжение запирания зависит от напряжения накала. При его увеличении растет температура катода, и характеристика смещается в область более отрицательных напряжений на аноде. Наприжение запирания зависит также от типа используемого катода и контактной разности

) Анализ относится к плоско-параллельным системам, модели которых представлены на рис. 1.5а (диод), 2.5а (триод) и 2.15а (пентод).



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


0.011