в случае большой эмиссии катода > Ю 000/~) характеристики Jf-fiUali) имеют Одинаковую форму и отличаются лишь сдвигом друг относительно друга по оси абсцисс. При этом семейство характеристик (рис. 1.8) может быть заменено универсальной номограммой/a „=/[(t/a- 1о) т]. где Vo = - Uj In (4 „„) (рис. 1.9 и 1.10).

Номограммы, изображенные на рис 1.8-1.10, позволяют сравнительно просто и с высокой точностью рассчитать основные статические характеристики как диодных, так и триодных механотронов с плоскопараллельными электродами. Для точного расчета крутизны (5д) анодной характеристики диодного механотрона, его внутреннего сопротивления (Ri) и чувствительности ) используются зависимости

.а.к

/ а - Vn \

изображенные на рис. 1.9. Для определения крутизны 5д анодной характеристики диодного механотрона по предварительно рассчитанным /a/со и 4 можно также воспользоваться но.мограммой / /а \ h

= / -7- при -г-=const [24], изображенной на рис. 1.11.

•а \ ~ / м

Следует отметить, что, поскольку в реальных механотронах, как правило, выполняется соотношение 10 ООО/а, наибольшее применение для расчета их характеристик находит универсальная номограмма (рис. 1.9 и 1.10). Схемы расчета анодных характеристик и характеристик перемещения диодных и триодных механотронов с использованием универсальной номограммы приведены в табл. 1.1.

Семейства анодных характеристик /а = f{Ua) и характеристик перемещения j\ = f(d) диодного механотрона, рассчитанные по

"OM t 2 Ч- 6 a w 20 to 60 wo

Рис. 1.11. Зависимости 5д/т а = /(/» .„) при 4 =const

s ч «о

са го о я а: с я

• СП

о а: л

§

т о S а: О я

S- «

G га

номограммам, приведены на рис. 1.12 и 1.13. Для сравнения на рис. 1.13 приведены анодные характеристики того же механотрона, рассчитанные по закону степени 3/2. Как видно из этого рисунка, результаты расчета анодного тока по приближенной формуле закона 3/2 оказываются заниженными на 30-507о по сравнению с их точными значениями.

Из универсальной номограммы рис. 1.9, 1.10 получено следующее выражение для точного расчета чувствительности диодной механотронной системы продольного управления [4]:

(1.32)

При расчете по этой формуле значение анодного тока к безразмерной величины 5д{/т а определяются из номограмм рис. 1.9-1.11.

Формула (1.32) в общем виде с учетом начальных скоростей электронов выражает связь чувствительности по току диодного механотрона с другими его параметрами (/а, 8д, d, U-r). При этом формула (1.32) определяет чувствительность Ч; как во всей области токов, ограниченных пространственным зарядом, так и в области начальных токов. В области начальных токов, как и следовало ожидать, Vi равна нулю, так как для этой области 5д{/т/4 = 1 (рис. 1.9).

f.6 10 т

Рис. Ы2. Семейство анодных характеристик диодного механотрона, рассчитанное по номограммам рис. 1.8-1.10 для Гк=Л050К

Риг. 1.13. Семейство статических характеристик перемещения диодного механотрона, рассчитанное по номограммам рис. 1.8-1.10 для Г„=1050К

Следует отметить, что формулу (1.32) целесообразно применять лишь при сравнительно малых значениях {U3-Vo)jU; при (ба - 1о) tiSs 12 величина SnUrlfa становится меньше 0,1. При еще больших значениях (f/a- Vo)lU (практически уже при (i/a - - Ко) ! > 20) величина 5дУт/4 становится весьма малой и в формуле (1.32) ею можно пренебречь по сравнению с 1. В этом случае формула для расчета чувствительности принимает вид (1.24):

(1.33)

(1.34)

где /а-плотность анодного тока; 5к - активная поверхность катода.

Путем несложных расчетов можно показать, что формула (1.33) верна с погрешностью не более 3% для всех механотронов, имеющих в рабочем режиме d>0,l мм и f/a>l,5 В. Поскольку в указанном режиме работает большинство высокочувствительных механотронов, формула (1.33) имеет большое практическое значение.

Анодный ток в этой формуле может быть определен (по известным d, t/g и Т) либо из номограмм, либо из уравнения (1.27). В последнем случае погрешность расчета Ч,- обычно составляет не более 5%.

Из формулы (1.34) следует, что повышение чувствительности диодной механотронной системы может быть достигнуто увеличением плотности анодного тока и поверхности катода и уменьшением межэлектродного расстояния. Наиболее целесообразным является последний путь, поскольку увеличение /а и обычно связано с повышением анодного напряжения и мощности, потребляемой механотроном, что может привести к снижению стабильности его работы.

Из (1.33) следует также, что линии постоянной чувствительности в системе координат 4 и d имеют вид прямых, расходящихся веером из начала координат, как это показано на рис. 1.13.

Важным параметром диодной механотронной системы является удельная чувствительность по току, определяемая как отношение чувствительности Ч,- к анодному току:

2 --i

(1.35)

Удельная чувствительность Йд, характеризует эффективность использования анодного тока в механотроне. Очевидно, в этом отношении диодные механотронные системы с малым межэлектродным расстоянием более выгодны, нежели системы с большим .

Подставляя в формулу (1.35) значения а к тг/л определенные из зависимостей рис. 1.5 по заданным t/a и 1\, легко найти теоретический предел увеличения удельной чувствительности диодной механотронной системы в каждом конкретном случае.

Статические характеристики и параметры электронных систем механотронов других типов. Ниже рассматриваются статические характеристики н параметры электродных систем вакуумных механотронов продольного и поперечного управления, которые находят применение в реальных конструкциях механотронных преобразователей. К числу таких систем относятся:

сдвоенные диодные механотроны продольного управления с плоскопараллельными электродами с одним или двумя подвижными анодами;

простые и сдвоенные триодные механотроны продольного управления с плоскопараллельными электродами с одним или двумя подвижными анодами;

простые и сдвоенные триодные механотроны продольного управления с плоскопараллельными электродами с подвижными сетками;

простые и сдвоенные триодные механотроны продольного управления с плоскопараллеьными э.тектродами с подвижными анодом и сеткой;

простые и сдвоенные диодные механотроны поперечного управления с плоскопараллельными электродами с подвижными анодами;

сдвоенные диодные механотроны поперечного управления с плоскопараллельными электродами с подвижным экранирующим электродом, расположенным между катодом и одним из анодов;

простые и сдвоенные триодные механотроны поперечного управления с плоскопараллельными электродами с одним или двумя подвижными анодами;

сдвоенный диодный механотрон продольного управления с пряг монакальным нитевидным катодом и двумя подвижными анодами;

сдвоенный диодный механотрон поперечного управления с прямонакальный нитевидным катодом и двумя подвижными анодами.

В табл. 1.2 приведены схемы указанных выше механотронных систем продольного и поперечного управления, вид их статических характеристик перемещения, т. е. зависимостей анодного тока систем от перемещения подвижных электродов, выражения для точного определения некоторых статических параметров (/а, и /?;) этих систем [4], полученные с использованием номограмм рис. 1.8- 1.10, а также формулы для приближенного расчета анодного тока /а, статической чувствительности по току к перемещению подвижного электрода Ч,- и внутреннего дифференциального сопротивления Ri, полученные на основе использования уравнения закона 3/2. При этом формулы для расчета основных параметров высокоэкономичных механотронных систем продольного и поперечного управления с прямонакальными катодами были получены исходя из уравнения Кузунозе [23]. Как показала экспериментальная проверка, отличие значений расчетных и экспериментальных данных в этом случае не превышает 15% [4].

Анализируя данные табл. 1.2, следует отметить, что механотроны продольного управления (диодные и триодные) по сравнению с механотронами поперечного управления обладают большими возможностями в отношении повышения чувствительности и эффективности использования анодного тока прибора.

Используя формулу (1.35) и выражения для U и Ч,-, из табл. 1.2 для сравнения диодных механотронов продольного и поперечного управления по удельной чувствительности Q, характери-