Главная Электровакуумный прибор с термоэлектронным катодом



смотрении электронных ламп под начальной энергией электрона понимают энергию, соответствующую нормальной составляющей скорости.

Для определения начальных энергий электронов используется статистический метод, состоящий в подсчёте количества электронов N1 , вылетающих с I см поверхности катода в I сек и обладающих энергией, превосходящей любую заданную энергию и.

/ООО то то ггоо гвоо зооо зт звоо °к

Рис. 1.7


Известно, что для термоэлектронных катодов

(1.25)

Из этой формулы видно, что количество эмитированных электронов, энергия которых превосходит значение и, убывает при возрастании и по экспоненциальному закону. По этому же закону увеличивается величина jV при возрастании температуры.

На рис. 1.8 представлен график, иллюстрирующий зависимость

- от . Он называется интегральной кривой распределения начальных энергий и даёт возможность при заданных значениях

2500 11600

= 0,216 0


Т Vi. и рассчитать N]. Так, при Т = 2500° Д Мср

иц = 0,5в /- = 2,32]% = 10,57о. \"ср / Nl

С другой стороны, возможность удаления электронов от катода зависит от электрического поля у его поверхности. Так как поле пространственного заряда препятствует выходу электронов из катода (электроны, вышедшие ранее, тормозят вновь выходящие), а внешнее поле в зависимости от величины и знака приложенных к электродам напряжений способствует или также препятствует выходу, то результирующее поле у катода может быть как ускоряющим, так н тормозящим.

Случай, когда поле способствует вы- i ходу и все эмитированные электроны по- JL кидают катод (ускоряющее внешнее поле преобладает надполем пространственного заряда), практически мало интересен. Чаще лампы работают в режимах, когда поле пространственного заряда у катода преобладает над ускоряющим внешним полем и вблизи его поверхности

создается потенциальный минимум (т. е. поле у катода имеет вид, представленный потенциальной диаграммой рис. 1.55).

В этом случае от катода уходят только те электроны, энергия Которых (в вольтах) превышает величину / фт потенциального минимума. На рис. 1.9 показан мтод графического расчета количества iV электронов, покидающих катод. На этом рисунке слева нанесена интегральная кривая распределения, а справа потенциальная диаграмма поля в области у катода. Если уровень энергии i фт снести на интегральную кривую, то можно найти количество электронов jV, ,„ , обладающих энергией, превышающей фт. а

следовательно, и уходящих от катода. Очевидно, что jV = N .

Остальные электроны отражаются тормозящим полем и возвращаются на катод.

Пользуясь выражением (1.25), легко получить и аналитическое выражение для Л :

N\NU=N\ "с, . (1.26)

Наконец, из выражения (1.22) следует, что плотность конвекционного тока в первом промежутке равна

I I I Фт

Рис. 1.9



Таким образом, количество электронов, покидающих катод, и конвекционный ток в первом промежутке (а следовательно, и во всех остальных) зависят как от температуры катода, так и от напряжений, приложенных к электродам. При увеличении температуры растут эмиссионный ток, начальные энергии электронов, Ai и /коввь За счет уменьшения ]фт /коме! возрастает и при увеличении напряжений на электродах. Следует заметить, что фт зависит в определенной мере и от температуры, так как при ее изменении изменяются количество электронов, покидающих катод, и поле пространственного заряда. Этот вопрос подробнее рассматривается ниже.

Процессы, происходящие у поверхности катода и характеризующие ток первого промежутка, играют основную роль в работе электронных ламп всех типов. В дальнейшем будем называть их около катод ными.

Во второй промежуток поступают электроны, прошедшие через просветы спирали первой сетки. Рассмотрим сначала более общий случай, когда на первой сетке действует положительное напряжение. Из предыдущего следует, что при положительном напряжении на сетке электроны могут попадать на поверхность сетки, а следовательно, количество электронов во втором промежутке будет меньше количества электронов, покинувших катод. Соответственно меньше будет и конвекционный ток во втором промежутке.

Введем в рассмотрение коэффициент yi, представляющий собой отношение количества электронов, поступивших во второй промежуток, к количеству электронов, прошедших через первый промежуток, т. е.

(1.28)

Его можно назвать коэффициентом использования электронного потока по первой сетке (или коэффициентом токораспреде-ления).

Коэффициент Yl определяется геометрическими размерами системы и напряжениями, приложенными к электродам. Так, например, при более густой первой сетке (т. е. при большем диаметре проволоки спирали и меньшем шаге ее намотки) и при большем напряжении на ней коэффициент yi будет меньше.

При известной величине yi плотность конвекционного гока второго промежутка можно определить по формуле

L.e 2qN2 = qyiN\- Yi/«„«« г- (1-29)

Аналогичные процессы происходят при переходе электронов из второго промежутка в третий, из третьего в четвертый и т. д. Соответственно получаем

Ikob з=-Я1 = ЯУ2 2 = Y2/«„«« г (1-30)

коне 3>

(1.31)

где Y2 и Ys - коэффициенты использования электронного потока по второй и третьей сеткам.

На рис. 1.46 показано распределение конвекционных токов по промежуткам, относящееся к случаю, когда на все электроды поданы положительные напряжения. Как видно, конвекционный ток в каждом последующем промежутке меньше, чем в предыдущем, за счет электронов, попадающих на сетку, разделяющую эти промежутки.

В том случае, когда к какой-либо сетке приложено не положительное, а отрицательное напряжение, и электроны на нее не попадают, токи в промежутках, разделяемых этой сеткой, будут одинаковыми (коэффициент токораспределения по этой сетке равен 1). Электроны, попавшие в последний промежуток, поступают на анод и в электрическом разряде больше не участвуют.

Процесс распределения

-о о-

и\ а-

©" , 0 I

Рис. 1.10

электронного потока между электродами, определяющий изменение конвекционного тока от промежутка к промежутку, называется процессом токораспределения и является вторым основным процессом, происходящим в электронной лампе. В лампах, у которых положительное напряжение подается лишь на один электрод, он отсутствует.

Как величины коэффициентов Y. так и распределение электронного потока между электродами характеризуются

геометрическими размерами системы и приложенными напряжениями. Изменение напряжения на любом электроде приводит к изменению условий токопрохождения во всей разрядной системе.

Перейдем к рассмотрению токов во внешних цепях. Природу возникновения этих токов можно выяснить, рассматривая движение электрона через любой промежуток (рис. 1.1 Од). Электрон, находящийся в сечении х, наводит на электродах, ограничивающих промежуток, положительные заряды q и q", зависящие от величины X (чем больше х, тем больше q" и меньше q). При перемещении электрона наводимые им заряды изменяются. Это может происходить лишь за счет перетекания электронов с одного электрода на другой через соединяющую их внешнюю цепь. Таким образом, при движении электрона в промежутке во внешней цепи течет электрический ток. Этот ток, в соответствии с характером происхо-



дящего явления, называется наведенным. Если электрон перемещается слева направо, то ток во внешней цепи течет от левого электрода к правому.

На рис. 1.11 показано изменение наведенного тока во времени. Ток появляется в момент времени 4х, когда электрон вступает в промежуток, и заканчивается в момент когда он покидает промежуток. Закон изменения тока характеризуется изменением скорости электрона. Чем больше скорость, тем быстрее изменяются наведенные заряды и больше ток. В случае, представленном на рис. 1.11, предполагается, что при вступлении в промежуток электрон обладал некоторой начальной скоростью, а в промежутке ускорялся.

При заполнении всего промежутка электронами наведенный ток определяется суммой элементарных токов, наводимых в рассматри- t ваемый момент времени всеми электронами. Чем больше концентрация электронов и их скорости, т. е. чем больше конвекционный ток в промежутке, тем больше наведенный ток. Заметим, что хотя элементарные токи, наводимые отдельными электронами, изменяются во времени, полный наведенный ток от времени не зависит (от времени не зависит распределение электронов по промежутку и их скорости).

Несколько иначе находится ток, наводимый в цепи сетки (рис. 1.106). Этот ток имеет две составляющие. Одна обусловлена электронами, летящими в промежутке, расположенном с одной стороны от сетки, а вторая - электронами соседнего промежутка. Нетрудно установить, что если в соседних промежутках скорости электронов имеют одинаковые направления, то ток в цепи сетки равен разности токов i и i".

Токи во внешних цепях легко рассчитать, если известны токи в промежутках. Из рис. 1.2 непосредственно следует, что ток в выводе катода


Рис. 1.11

(1.32)

где Q - поверхность электродов.

Из выражения (1.32) вытекает, что катодный ток пропорционален количеству электронов, покидающих его поверхность за 1 сек. Так как это количество меньше количества эмитируемых электронов, то он всегда, кроме случая, когда у катода отсутствует тормозящее поле, меньше эмиссионного тока.

Ток в выводе первой сетки равен

11 = iko.s 1 - 2)Q = qQ{N\~ N2),

(1.33)

т. е. он пропорционален количеству электронов, попадающих на сетку, так как этой величине равна разность N\ -N. В частности, если электроны на сетку не попадают, то Л, - = О, и ток сетки отсутствует.

Аналогичные выражения можно написать для токов второй и третьей сеток. Они также пропорциональны количеству электронов, попадающих на их проволоки.

Наконец, и анодный ток

(1.34)

пропорционален количеству электронов, попадающих на анод за 1 сек.

Рисунок 1.46 иллюстрирует расчет токов во внешних цепях по ф-лам (1.32) - (1.34) при известном распределении конвекционных токов по промежуткам (значения /к, jg{... относятся к единице поверхности электродов).

Следует подчеркнуть, что возможность определения тока во внешней цепи какого-либо электрода путем подсчета количества электронов, попадающих на него за 1 сек, упрощает изучение физических явлений в лампе. Однако такой метод расчета тока не отражает действительных условий его возникновения и справедлив, как показано ниже, лишь при работе лампы в статическом режиме.

► ДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ

Режим работы электронной лампы при переменных напряжениях на электродах называется динамическим. В этом режиме состояние разрядной системы изменяется во времени. В каждом ее сечении потенциал ф(л;, t) и напряженность Е{х, t) электрического поля, концентрация п{х, t) и скорость г)(д;,/) электронов, объемная плотность заряда р{х, t) и конвекционный ток 1конв{х, t) являются функциями времени. Соответственно во времени изменяются и токи во внешних цепях.

В отличие от статического режима в динамическом режиме состояние разрядной системы зависит не только от нагряжений, приложенных к ее электродам в данный момент времени, но и от частоты, амплитуды и формы этих напряжений. В частности, оно отличается от того, которое имеет место в статической режиме при напряжениях, равных мгнoвe:ным.

Эта особенность динамического режима объясняется тем, что за время пролета электронами разрядной системы приложенные напряжения успевают измениться и электроны подвергаются дей-



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


0.0291