Таблица 29

Термическая стойкость некоторых материалов

Увеличения удельной рассеиваемой мощности достигают следующими способами:

1) чернением никелевого анода отжигом в парах бензола с водородом (тепловое излучение возрастает примерно в 2,5- 3 раза);

2) устройством боковых ребер - радиаторов, увеличивающих поверхность излучения;

3) изготовлением анода из чистой проволочной сетки, что уве-тичивает поверхность примерно в 2,5 раза;

4) искусственным охлаждением воздухом или водой в лампах большой мощности, что дает увеличение удельной мощности до 35 вr/cлt.

Если в схеме рис. 60 включить последовательно с гальванометром источник постоянной э. д. с, присоединив его отрицательный полюс к катоду, а положительный - к аноду (рис. 624

Рис. 62. Присоединение к аноду и катоду диода источника э. д. с.

Рис. 63. Схема для снятия вольтамперных характеристик диода

ТО можно наблюдать значительное увеличение тока; при обратном включении источника гальванометр покажет уменьшение или прекращение тока. Вообще, сила тока через диод зависит от знака и величины напряжения, приложенного мел<ду анодом и катодом (анодного напряжения). С помощью схемы рис. 63 можно снять зависимость анодного тока / от анодного напряжения

Va, т. е. вольтамперную характеристику диода, примерный вид которой изображен на рис. 64.

Чтобы объяснить эту вольтамперную характеристику, нужно прежде всего разобраться в картине электрического поля между электродами лампы. При отсутствии в междуэлектродном пространстве зарядов (в данном случае электронов) поле зависит только от формы электродов и величины приложенного к ним напряжения. Для простоты рассмотрим распределение потенциала в междуэлектродном пространстве плоской системы электродов (рис. 65). При таком распределении потенциала на

Рис. 64. Примерный вольтамперной характеристики диода;

- ток насыщения

Рис. 65. Распределение потенциала между плоскими электродами;

1 - при отсутствии зарядов в междуэлектродном пространстве: 2 - при токе насыщения

электрон, попавший в поле, де1 1ствует только сила, ускоряющая его в сторону анода, так как в любой точке поля потенциал повышается в эту сторону (кривая / на рис. 65).

При достаточно большом напряжении все электроны, эмит-тированные катодом, движутся под действием поля к аноду со столь больщ-ой скоростью, что плотность их (т. е. количество электронов в единице объема) сравнительно ;11ала. В этом случае присутствие электронов между электродами хотя и из.меняет картину поля, но распределение потенциала (кривая 2 рис. 65) остается таким, что в любой точке он повышается в сторону анода. Следовательно, при большом напряжении все электроны ускоряются полем в сторону анода. Так как при этом все они достигают анода, то анодный ток равен числу электронов в единицу времени, вылетевших из катода, т. е. равен току эмиссии. Последний зивисит только от температуры катода (см. формулу (6) на стр. 251) и почти не зависит от анодного напряжения. Этим и объясняется горизонтальный участок характеристики, называемый участком насыщения

Диод с оксидным катодом может и ие иметь области насыщения в характеристике. Это объясняется, во-первых, тем, что имея неровную поверх-

При уменьшении напряжения понижается и скорость движения электронов, поэтому плотность их в междуэлектродном пространстве увеличивается настолько, что их заряд изменяет картину поля. Отрицательно заряженные электроны уменьшают потенциал всех точек междуэлектродного пространства, кроме анода и катода. При этом распределение потенциала изменяется таким образом (рис. 66), что в области, близкой к катоду, он убывает в сторону анода, и в этой области поле тормозит элект-

минимум

Рис. 66. Распределение Рис. 67. Раапределение по-

потенциала между плос- тенциала между плоскими

кими электродами при электродами при различных

большой плогчости заря- анодных напряжениях

дов (режим пространственного заряда); а - область тормозящего поля; б - область ускоряющего поля

роны, движущиеся к аноду, и часть их отбрасывает обратно к катоду. С уменьшением напряжения (например, от Ua, до Ug на рис. 67) потенциальный минимум понижается и уменьшается доля электронов эмиссии, обладающих энергией, достаточной, чтобы преодолеть этот потенциальный минимум и с помощью ускоряющего поля достигнуть анода. Таким образом, наклонный участок характеристики диода объясняется действием пространственного заряда электронов, который отбрасывает часть электронов на катод.

Начальная область вольтамперной характеристики в некоторых случаях указывает на существование анодного тока при

ность с малой работой выхода, он уже при небольших полях подвержен действию автоэлектронпой (холодной) эмиссии, которая увеличивается с ростом напряжения. Во-вторых, оксидный слой, как полупроводник, имеющий сравнительно большое сопротивле1Н[е, дополнительно нагревается анодным током, увеличение которого сопровождается, следовательно, повышением температуры катода,

При большой температуре накала, малом расстоянии между электродами и больщой их поверхности.

отрицательном анодном напряжении (см. пунктир на рис. 64). Физически это объясняется тем, что часть электронов вылетает из катода со столь большими начальными скоростями, что может преодолеть тормозящее поле анода. При некотором значении отрицательного анодного напряжения тормозящее поле становится достаточным для того, чтобы все электроны возвратились на катод и ток прекратился.

Величина анодного тока является функцией не только анодного напряжения, но и температуры катода, зависящей от напряжения накала. Если с помощью схемы рис. 63 снять вольтампер-ную характеристику при нескольких значениях напряжения

Рис. 68. Семейство вольт-амперных характеристик диода/а = /((Уа) при различных значениях напряжения накала t

Рис. 69. Распределение потенциала между плоскими электродами при различных напряжениях накала Uf

накала U, то получим ряд кривых, называемых семейством вольтамперных характеристик Ia~f{i,) при параметре U, (рис. 68). Вид этих кривых объясняется тем, что при повышении напряжения накала Uf (и, следовательно, температуры катода Г) ток эмиссии /(. возрастает и поэтому увеличивается равный ему ток насыщения I= h [см. формулу (6)]. На наклонном участке характеристики, называемом участком пространственного заряда, анодный ток почти не зависит от температуры, так как увеличение эмиссии одновременно вызывает повышение плотности пространственного заряда, углубление потенциального минимума, следовательно, увеличение сил поля, отталкивающего электроны обратно к катоду. Распределение потенциала при различных напряжениях накала показано на рис. 69. Зави-симость /а=/(а) 3 участке пространственного заряда может быть аналитически выражена приближенной формулой, называемой законом трех вторых:

где К-коэффициент, зависящий от конструкции лампы. 17 Защита от радиоактивных м;)лучений

Однако эта формула, как показывает опыт, соответствует только начальной части характеристики, в средней же восходящей своей части характеристика близка к прямой (см. рис. 68).

Свойства лампы характеризуются ее параметрами, т. е. величинами, определяющими возможность ее применения для различных целей. Эти величины выражают соотнощения между токами и напряжениями в цепях лампы. Основные параметры диода следующие:

1) сопротивление постоянному току /?о, т. е. отнощение постоянного напряжения между анодом и катодом (анодного напряжения) к вызванному им анодному току 1а- Следовательно,

АО - - .

графически /?о равно котангенсу угла ai на рис. 70;

Ч Ua,B

Рис. 70. Графическое опре.теление сопротивления постоянному току

P;ic. 71. Графическое определение сопротивления переменному току Ri

2) сопротивление переменному току Ri или внутреннее сопротивление, т. е. отнощение приращения анодного напряжения At/ к вызванному им приращению анодного тока A/, или производная

dUa At/

A I,

Графически Ri равно котангенсу угла наклона а касательной в выбранной точке характеристики, что очевидно из предельного перехода в треугольнике приращений, изображенном на рис. 71;

3) допустимая рассеиваемая мощность Ра. т. е. мощность, которую может рассеять поверхность анода при максимально допустимой рабочей температуре.

Величины Ro я Ri имеют гразное значение для разных точек характеристики. Следует четко различать эти величины, кото-рые имеют различный физический смысл и разное значение для одной и той же точки характеристики. Так, например, в точке А рис. 72 разница между /?□ и Ri невелика, но в точке В R имеет определенное значение, а

(10)

так как А/ = 0.

Практическое применение диода заключается в использовании его основного свойства проводить ток только в одну сторону, а Илменно от анода к катодупри положительном анодном напряжении и не проводить (или ПОЧТИ не проводить) его при отрицательном анодном напряжении (см. рис. 64). Это свойство позволяет применять диод в устройствах, главной частью которых является вентиль (прибор с односторонней проводимостью), т. е. в выпрямителях, детекторах, ограничителях и т. д. Диоды, предназначенные для работы в выпрямителях, р , 72. Иллюстрации разли-называются кенотронами. чня между величинами

Трехэлектродные лампы

В ряде приборов бывает необходимо изменять величину анодного тока, не изменяя при этом напряжений анодного и на-кального источников э. д. с. Для этой цели между анодом и катодом впаивают еще один электрод - сетку, выполненную в виде металлической решетки или спирали (рис. 73). Такая трех-электродная лампа называется триодом. Если между сеткой и катодом включить источник постоянной э. д. с, то в зависимости от величины и полярности этой э. д. с. анодный ток будет больще или меньше, чем ток при отсутствии сетки. Это объясняется

Направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов и противоположно направлению движения отрицательных зарядов. В данном случае электроны движутся от катода к аноду, а ток течет от аиода к катоду.