Главная Электровакуумный прибор с термоэлектронным катодом



увеличении температуры катода растет количество электронов, эмитируемых с большей начальной энергией (интегральная кривая распределения начальных энергий, представленная на рис. 1.9, смещается влево).

Из рассмотрения потенциальных диаграмм и характеристик диода следует, что при различных соотношениях Ua и и„ он работает в различных режимах, различающихся положением точки минимального потенциала в промежутке. Точка минимального потенциала может находиться на аноде {Гпт = и фт) = Ua\ ), между анодом и катодом (О < гт < га) и на катоде [гт = О и фш = 0).

Режим работы, при котором потенциальный минимум находится на аноде, носит название режима тока вылета. В этом режиме, соответствующем отрицательному напряжению на аноде, на последний попадают электроны, начальные энергии которых превосходят величину \ua\ (в вольтах).

Режимом пространственного заряда называется режим, при котором потенциальный минимум находится между анодом и катодом. В этом режиме, соответствующем малым отрицательным и небольшим положительным анодным напряжениям, на анод попадают электроны, начальная энергия которых превосходит величину потенциального минимума фт[ (в вольтах).

Режим работы при больших анодных напряжениях, когда потенциальный минимум находится на катоде, тормозящее поле отсутствует, а все эмитированные катодом электроны попадают на анод, именуется режимом насыщения.

На графиках потенциальных диаграмм и характеристик (рис. 2.2-2.4) показано положение областей каждого из режимов.

Рисунок 2.3 дает возможность установить влияние напряжения накала на анодную характеристику диода. При увеличении накального напряжения за счет увеличения начальных энергий электронов характеристика смещается влево (анодный ток прекращается при более отрицательном напряжении на аноде). При данном анодном напряжении изменение напряжения накала наиболее слабо влияет на величину анодного тока в режиме пространственного заряда. Это объясняется тем, что в этом режиме при увеличении напряжения накала рост тока, происходящий вследствие увеличения количества и начальных энергий эмитированных электронов, в определенной мере компенсируется увеличением потенциального минимума (рис. 2.1, 2.4). В режимах вылета и насыщения величина потенциального минимума не зависит от напряжения накала. При большем напряжении накала переход характеристики в режим насыщения происходит при большем анодном напряжении, так как при большем количестве эмитированных электронов поле пространственного заряда компенсируется при более сильном внешнем поле.

Влияние анодного напряжения на эмиссионные характеристики иллюстрирует рис. 2.4. В режиме насыщения, как показано, влия-58

ние анодного напряжения на анодный ток определяется саморазогревом катода и малоэффективно (рис. 2.3). В режиме пространственного заряда анодное напряжение изменяет потенциальный минимум у катода и анодный ток. При большем анодном напряжении переход в режим пространственного заряда происходит при большем напряжении накала, так как при более сильном внешнем поле тормозящее поле у катода возникает при большем количестве эмитированных электронов.

2.2. ТРЕХЭЛЕКТРОДНАЯ ЛАМПА

• ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ

На рис. 2.5а представлена модель триода, состоящего из плоских и параллельных друг другу катода и анода, имеющих неограниченные размеры, и сетки, роль которой выполняет система параллельных проволок, расположенных в плоскости, параллельной остальным электродам (на рисунке показано сечение модели плоскостью, перпендикулярной проволокам).



ua>ua.

Рис. 2.5

Геометрические размеры модели триода задаются междуэлектродными расстояниями - Гкй, rga и Гка, шзгом р сетки, равным расстоянию между осями соседних проволок, и диаметром прово-



локи 26. Основной анализ приводится для случая, когда выполняются неравенства:

г,,яг,:р, (2.1)

р» 6(8-0). (2.2)

Рабочий режим триода определяется напряжениями на электродах-сеточным Ug и анодным Ыа -или их потенциалами - (pg, фа и ф„. Как выяснено, на анод всегда подается высокое положительное напряжение Ua, а напряжение на сетке может быть относительно небольшим отрицательным и реже положительным.

•ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

Изучение работы триода начнем с рассмотрения его электрического поля. Внешнее поле создается зарядами, появляющимися на электродах при подведении к ним напряжений. Полные заряды на каждом из электродов можно найти по формулам, приведенным в§ 1.1:

Яа == -CgaUg + Cji,, (2.3)

Я=+С-С,и, (2.4)

(7, = -С,-С,,«, (2.5)

(предполагается, что потенциалы отсчитываются от катода -

фк = 0).

Так как сетка, в отличие от катода и анода, не является сплошным электродом, а состоит из отдельных проволок, то заряды, наводимые сеткой в точках катода и анода, расположенных ближе к проволокам, больше, чем в точках, расположенных против середины просвета. Этим объясняется неравномерность распределения зарядов по поверхностям электродов.

Этой неравномерностью зарядов можно пренебречь, если выполняются неравенства (2.1), т. е. если расстояние, на которое каждая проволока удалена от ближайших к ней точек катода (а также анода), мало отличается от расстояния ее до точек на поверхностях этих электродов, расположенных против середины просвета. Строго говоря, заряды на катоде и аноде распределяются равномерно только тогда, когда сетка является сплошным электродом. Отсюда следует, что при рассмотрении распределения зарядов на катоде и аноде в случае выполнения неравенства (2.1) сетку можно считать сплошным электродом.

Заряды по поверхностям проволок сетки также распределены неравнсмерно, так как различные их точки при конечной величине диаметра проволоки 26 удалены на различное расстояние от катода и анода. Упрощая дальнейший анализ, будем считать, что выполняется неравенство (2.2), т. е. проволоку представляют бес-

конечно тонкой нитью. По поверхности этой нити заряд распределен равномерно.

Если известны заряды на электродах и законы их распределения, то потенциальную функцию внешнего поля, действующего в разрядной системе, можно найти по ф-ле (1.8). Решение этой задачи приведено ниже (§2.4). Здесь ограничимся только исследованием характера электрического поля и изучением его потенциальных диаграмм.

На рис. 2.6 показаны картины внешнего поля триода при постоянном положительном напряжении на аноде и различных напряжениях на сетке. Они описываются системами эквипотенциальных линий, показанных на рисунках сплошными линиями.

Из рисунков следует, что по характеру поля разрядную систему можно разбить на три области. У катода и анода создаются однородные электрические поля, разделенные областью искаженного поля у сетки. Возникновение однородных полей вдали от сетки доказывается так же, как было доказано однородное распределение зарядов на катоде и аноде. Так как эти области удалены от плоскости сетки на расстояние, значительно превосходящее шаг сетки, то при рассмотрении их полей сетку можно заменить сплошным электродом и, следовательно, считать эти поля однородными. Вблизи сетки, где поле определяется зарядом каждой проволоки в отдельности, оно не может быть однородным.

Более подробный анализ полей, представленных на рис. 2.6, начнем со случая в, когда на сетку подано такое напряжение, при котором ее заряд qg = 0. Величину этого напряжения легко найти из выражения (2.4)

(2.6)

Подставляя его в выражения (2.3) и (2.5), найдем, что

„ Ск.гСеа + СкцСка + СкеАд

(2.7)

т. е. в этом случае анод несет положительный заряд, а катод - равный ему отрицательный.

Так как при = О поле определяется только зарядами qa и то, как и в диоде, оно будет однородным (ср. с рис. 1.56). Заметим, что это поле не изменится, если из системы вынести сетку. В частности, потенциал в плоскости сетки останется по-прежнему равныг

9" Ug. Поэтому его называют потенциалом пространства (по-

тенциал в плоскости сетки при ее отсутствии), а численно равное ему напряжение на сетке, при котором ее заряд равен нулю, - лапряжением пространства и„р. Из рис. 2.6в следует, что

(2.8)





Т. е. напряжение пространства так же, как и анодное, имеет положительный знак, но по величине меньше его. Оно зависит от геометрических размеров системы и от величины Ua.

При отрицательном напряжении на сетке (рис. 2.6а) и положительном, но меньшем чем напряжение пространства (рис. 2.66), сетка несет отрицательный заряд. Это непосредственно вытекает из выражения (2.4) (при Ug = ы„р = 0). Кроме того, из выражений (2.3) II (2.5) следует, что в этих случаях положительный заряд на аноде больше, а отрицательный на катоде меньше, чем

при Ug = Unp.

В случае, когда на сетке есть заряд, поле остается однородным лишь на достаточном удалении от нее, а вблизи оно искажено. Нетрудно показать, проследив за ходом какой-либо эквипотенциальной линии, что при отрицательном заряде на сетке эквипотенциальные линии в просвете направлены выпуклостью в сторону катода. Действительно, по мере удаления от проволоки, несущей отрицательный заряд, к середине просвета потенциал возрастает и точка с тем же потенциалом располагается дальше от анода (потенциал от анода, несущего положительный заряд, в сторону катода, заряженного отрицательно, понижается). Из рисунков следует, что поле в области сетки симметрично относительно середины просвета и наименее искажено в точках, наиболее удаленных от проволок (т. е. в точках, расположенных на линии симметрии). При приближении к проволокам искажения поля усиливаются.

Из сравнения рис. 2.6а и 6 вытекает также, что искажение поля в области сетки тем больше, чем больше напряжение на сетке отличается от напряжения пространства. Объясняется это тем, что при большем отклонении напряжения на сетке от напряжения пространства ее заряд возрастает.

Наличие на сетке отрицательного заряда приводит к уменьшению потенциалов всех точек разрядной системы и изменению на-пряженностей поля как в промежутке катод - сетка, так и в промежутке сетка - анод. Этот вопрос подробнее рассматривается при изучении потенциальных диаграмм. Заметим только, что уменьшение потенциалов, происходящее под действием отрицательного заряда на сетке, частично компенсируется увеличением положительного заряда на аноде и уменьшением отрицательного заряда на катоде.

При положительном напряжении на сетке, превышающем напряжение пространства, сетка несет положительный заряд (рис. 2.6г относится к случаю, когда Ug <Ua, а рис. 2.6(3 -к случаю, когда Ug> и). Легко установить, что при этом положительный заряд на аноде меньше, а отрицательный на катоде больше, чем при Ug = Unp. Отличие рассматриваемого случая от случая, когда Ug < Unp, заключается лишь в характере искаженного поля. Пользуясь методом, изложенным выше, можно показать, что при "g>"np эквипотенциальные линии направлены выпуклостью к аноду. Кроме того, появление на сетке положительного заряда



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


0.0148