Главная Электровакуумный прибор с термоэлектронным катодом



сопровождается увеличением потенциалов всех точек разрядной системы. Остальные выводы, полученные в результате анализа полей, изображенных на рис. 2.6а и б, справедливы и в данном случае.

Строя потенциальные диаграммы внешнего поля триода при постоянном анодном напряжении, следует иметь в виду, что поле в области сетки изменяется не только вдоль оси х, нормальной к поверхностям электродов, но и вдоль оси у, нормальной к оси х и к проволокам сетки (рис. 2.5а). Поэтому потенциальные диаграммы строят для различных значений координаты у. Ниже, при качественном анализе ограничимся построением двух потенциальных диаграмм, одна из которых относится к оси х, проходящей через проволоку сетки, а другая - к той же оси, но проходящей через какую-либо точку просвета в сетке (выбор этой точки не имеет принципиального значения).

Такие диаграммы для различных значений Ug построены на рис. 2.56. Вдали от сетки, где поле остается однородным, диаграммы по проволоке и просвету совпадают и имеют линейный характер. В области сетки они искривлены и расходятся. Диаграмма по проволоке, нанесенная пунктиром, проходит через значение потенциала на сетке. Диаграммы по просвету, показанные сплошными линиями, в зависимости от соотношения напряжений на сетке и аноде проходят выше или ниже соответствующих диаграмм по проволоке. Увеличение напряжения на сетке, сопровождающееся уменьшением отрицательного сеточного заряда и увеличением положительного, приводит к увеличению потенциалов в разрядной системе и прогибу диаграммы вниз. -

При % < О диаграмма по проволоке проходит выше диаграммы по просвету (диаграммы а), что объясняется увеличением потенциалов в просвете под действием положительного заряда на аноде. Также обстоит дело и в случае, когда 0<Ug<Unp (Диаграммы б). При Ug = ы„р, если проволоки представляют собой бесконечно тонкие нити, диаграммы по проволоке и просвету являются прямыми линиями и совпадают. Если диаметр проволоки имеет конечную величину, го, как видно из рисунка (диаграммы в), диаграммы имеют излом и при Ug = «„p (вдоль проволоки потенциал не изменяется) . Когда заряд на сетке имеет положительный знак (диаграммы гад), потенциал в просвете ниже потенциала на проволоке, а диаграмма по проволоке проходит ниже диаграммы по просвету (несмотря на наличие положительного заряда на аноде, по мере удаления от проволоки потенциал понижается).

Аналогично можно рассмотреть потенциальные диаграммы внешнего поля триода при постоянном напряжении на сетке и различных напряжениях на аноде. На рис. 2.5в такие диаграммы построены для случая, когда Ug<0 (ср. с диаграммами а на рис. 2.56).

Как следует из выражений (2.3) - (2.5), возрастание анодного напряжения приводит к росту положительного заряда на аноде и 64

отрицательных зарядов на сетке и катоде. В результате потенциалы всех точек поля возрастают, а потенциальная диаграмма проходит ниже (диаграмма по проволоке, конечно, по-прежнему проходит через значение сеточного потенциала, фиксируемого величиной напряжения, приложенного к сетке).

Из рассмотрения потенциальных диаграмм следует, что увеличение напряжения на сетке приводит к увеличению напряженности электрического поля в промежутке катод - сетка и уменьшению ее в промежутке сетка - анод (эквипотенциальные линии, изображенные на рис. 2.6, в околокатодной области сгущаются, а у анода располагаются реже). Когда напряжение на сетке становится больше анодного, напряженность поля у анода изменяет знак (при удалении от анода потенциал возрастает) и снова увеличивается.

Увеличение анодного напряжения сопровождается также увеличением напряженности поля в околокагодной области и у анода. Обращает на себя внимание, что изменение анодного напряжения сильнее влияет на поле у анода, чем у катода. Это объясняется тем, что одновременно с увеличением положительного заряда на аноде возрастают отрицательные заряды на сетке и катоде, что в определенной мере компенсирует изменение потенциала в околокатодной области, вызываемое увеличением положительного заряда на аноде.

Внешне рассматриваемое явление выглядит так, как будто сетка препятствует проникновению поля анода в промежуток катод - сетка, и поэтому его характеризуют термином «экранирующее действие» сетки.

Заметим, что сетка обладает «экранирующим действием» только тогда, когда она связана с остальными электродами и при изменении анодного напряжения ее заряд может измениться. В противном случае («оборванная» сетка) заряд на сетке не зависит от напряжения на аноде, и она не имеет «экранирующего действия». Существенно также, что «экранирующее действие» сетки не зависит от приложенного к ней напряжения, так как оно определяется только изменением сеточного заряда.

«Экранирующее действие» сетки приводит к уменьшению емкости Спа между анодом и катодом, так как при наличии сетки заряд на катоде при изменении напряжения на аноде изменяется меньше, чем в случае, когда сетка отсутствует. Этот вывод распространяется на емкость между любыми двумя электродами любой электронной лампы.

На рис. 2.5г для характерных случаев, соответствующих случаям а, г и й рис. 2.56, показаны потенциальные диаграммы, учитывающие и поле пространственного заряда. Последнее уменьшает потенциалы всех точек разрядной системы; потенциальные диаграммы при этом прогибаются вверх, т. е. нарушается их линейность. Действие поля пространственного заряда наиболее сильно сказывается в областях, где электроны летят с малой скоростью и электронный поток имеет большую плотность. Этим объясняется

3 Зак. 1504 65



появление у катода области отрицательного потенциала, характеризуемого, как и в диоде, величиной потенциального минимума фт-В случае, когда напряжение на сетке превышает анодное (диаграммы д), потенциалы в области сетка - анод также существенно снижаются, так как в тормозящем поле за сеткой электроны теряют скорость, и плотность электронного потока возрастает.

Вследствие того, что при увеличении напряжений на сетке и аноде внешнее поле в околокатодной области становится более ускоряющим, потенциальный минимум у катода уменьшается.

Более наглядно поле триода иллюстрирует простралствеиная потенциальная диаграмма, представляющая собой зависимость потенциала от координат х я у. Геометрически она изображается поверхностью, ордината каждой точки которой определяет величину потенциала ср (х, у) в соответствующей точке разрядной системы. Называется эта поверхность «поверхностью потенциального рельефа». На рис. 2.7 она изображена для случая, когда Ug<0.

j, Катод


Рис. 2.7

У катода, где возникает область отрицательных потенциалов, на поверхности образуется «потенциальный бугор» (положительные значения потенциалов откладываются вниз), л за «бугром» потенциал возрастает (рис. 2,5 г) и создается «потенциальный склон», распространяющийся до анода. На этом «Склоне» в области расположения сетки появляются «потенциальные холмы», обязанные своим существованием отрицательным потенциалам на проволоках сетки. «Холмы» разделены «потенциальными долинами», в которых за счет действия анодного поля потенциалы имеют положительные значения и возрастают в сторону анода. Линии пересечения «паверхиости потенциального рельефа» с плоскостями, перпендикулярными оси у, представляют собой потенциальные диаграммы (f(x), построенные при соответствующем значении координаты у (рис. 2.5г).

• ХАРАКТЕРИСТИКИ КАТОДНОГО ТОКА

Перейдем к рассмотрению токов, протекающих во внешних цепях триода.

Наиболее просто решается задача определения катодного тока. Как и в диоде, катодный ток регулируется околокатодным процессом. При данной температуре катода он однозначно характеризуется величиной потенциального минимума фт - катод покидают

электроны, начальная энергия которых достаточна для преодоления тормозящего поля в околокатодной области (случай, когда это поле отсутствует, ниже не рассматривается, так как триоды в режиме насыщения не используются). В соответствии с этим с увеличением напряжений на аноде и сетке катодный ток возрастает. Он возрастает также и при увеличении температуры катода, хотя при этом, как и в диоде, увеличивается потенциальный минимум (§2.1).

маю M(i=ig*ig)


-fS -10

+J +fO If


.wo -zoo -ion 0 *100 *zoo +,ш +Loo 8

Рис. 2.8

Ha рис. 2.8a показаны зависимости катодного тока от напряжения на сетке при различных напряжениях на аноде (для общности взяты положительные и отрицательные значения Ua).

Для каждого положительного значения напряжения на аноде существует такое значение отрицательного напряжения на сетке, при котором потенциальный барьер практически не пропускает электроны в разрядную систему и катодный ток запирается. Напряжение на сетке, при котором катодный ток становится равным нулю, называется напряжением запирания и обозначается через Ugg. Для лампы, характеристики которой показаны на рис. 2.8, напряжение запирания при Ua = 4-200 в равно -10 в. Между напря-

67 3*



жениямн Ugo и анодным есть зависимость: чем больше анодное напряжение, тем больше отрицательное напряжение запирания. Уменьшение отрицательного напряжения на сетке понижает потенциальный минимум у катода и увеличивает катодный ток.

При «а = О характеристика начинается при некотором небольшом отрицательном напряжении на сетке. Как и в диоде, возможность появления катодного тока при отсутствии ускоряющего внешнего поля (ug < О и «а = 0) объясняется наличием у электронов начальной энергии.

При отрицательных напряжениях на аноде напряжение запирания имеет положительные значения, так как в этом случае для появления катодного тока на сетку необходимо подать положительное напряжение, компенсирующее действие отрицательного напряжения на аноде. Очевидно, что увеличение отрицательного анодного напряжения приводит к сдвигу характеристик в область более положительных напряжений на сетке.

На рис. 2.86 приведены зависимости катодного тока от напряжения на.аноде при различных напряжениях на сетке.

При Ug -О характеристика начинается при небольшом отрицательном напряжении на аноде, что, как и раньше, объясняется наличием у электронов начальных энергий. Увеличение анодного напряжения сопровождается уменьшением потенциального минимума у катода и увеличением катодного тока.

При отрицательных напряжениях на сетке катодный ток появляется только при положительном анодном напряжении, компенсирующем действие отрицательного сеточного напряжения. Увеличение отрицательного сеточного напряжения приводит к сдвигу рассматриваемой характеристики в область более положительных напряжений на аноде.

При положительных напряжениях на сетке характеристики начинаются при отрицательных напряжениях на аноде и с увеличением Ug сдвигаются влево. В области, где Ua близко к нулю, возникают аномалии, причины которых рассматриваются ниже.

Сравнение характеристик, приведенных на рис. 2.8а и б, показывает, что анодное напряжение действует на катодный ток значительно слабее, чем сеточное. Это является следствием рассмот-реиного ранее «экранирующего действия» сетки.

•ГОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ

Определение токов в цепях анода и сетки требует изучения процесса токораспределения и нахождения коэффициента токораспределения Y- Величину этих токов можно найти, если известны i„ и у-Так как

(2.9)

(2Л0) (2.11)

Заметим, что коэффициент -у заранее известен в тех режимах, в которых одно КЗ напряжений имеет отрицательный знак. На ПОЛЯХ характеристик, приведенных на рис. 2.8, показаны основные рабочие области триода. В областях l{Ua> О и < 0) сеточный ток отсутствует, н коэффициент у = 1. Так как анодный ток при этом равен катодному, то характеристики, расположенные в этих областях, являются также и характеристиками анодного тока. Наоборот, в областях IJ(Ua< О и Ug>0) отсутствует анодный ток, коэффициент Y = О и соответствующие характеристики оказываются характеристиками тока сетки. Лишь в областях /, где Ua и Ug имеют положительные значения. О <-у < 1. так как существуют и анодный и сеточный токи. Перейдем к изучению последнего случая.

Определение коэффициента у требует изучения траекторий электронов. Типичные электронные траектории для различных значений сеточного напряжения построены пунктирными линиями на рис. 2.6.

Случай, когда на сетку подано отрицательное напряжение и электроны на нее не попадают, иллюстрирует рис. 2.6а. Так как в электрическом поле силы, действующие на электроны, направлены по нормалям к эквипотенциальным линиям в сторону увели чения потенциалов, то вид электронных траекторий можно объяснить следующим образом.

У катода, где эквипотенциальные линии параллельны поверхностям электродов, а силы направлены по нормалям к ним, нормальными к поверхностям электродов будут и электронные траектории.

В искаженной области поля по нормали будет Двигаться только электрон, вылетающий из точки катода, расположенной против середины просвета (сн подвергается действию сил, нормальных к поверхностям электродов). На поверхности «потенциального рельефа» траектории этого электрона соответствует линия, проходящая по «дну потенциальной долины» (рис. 2.7).

Траектории всех остальных электронов искривляются, так как в искаженной области поля на них действуют силы, у которых, кроме нормальной составляющей, имеется составляющая, перпендикулярная к ней. Нетрудно установить, что в любой точке искаженного поля эта составляющая направлена к середине просвета. Под ее действием электроны приобретают горизонтальную составляющую скорости, а их траектории приближаются к середине просвета. Электроны, описывающие эти траектории, попадают на «склоны потенциальных холмов» и отражаются ими к «дну долины» (рис. 2.7). Из рисунка еидно, что на электронный поток искаженное поле действует как собирающая электронная линза.



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


0.0099