большее число электронов преодолеет тормозящее поле, плотность объемного заряда уменьшится, анодный ток возрастет, хотя ток эмиссии катода сохранится неизменным.

Очевидно, при достаточно высоком анодном напряжении минимум потенциала у катода исчезнет. Электроны с катода будут беспрепятственно достигать анода. Анодный ток становится равным току эмиссии, в лампе наступает режим насыщения, при котором дальнейшее увеличение потенциала анода не вызывает роста тока.

Если потенциал анода 1/а=0, то эмиттированные катодом электроны в междуэлектродном пространстве будут перемещаться лишь за счет начальной скорости, которую они имели при выходе с поверхности катода. В таком режиме большая часть электронов тормозится полем объемного заряда и возвращается на жатод, поэтому начальный ток в цепи анода мал (около нескольких микроампер).

Объемный заряд часто называют виртуальным (действующим) катодом. Он играет важную роль в электронных процессах ламп. Созданный им минимум потенциала и прилегающая к нему область отрицательного объемного заряда снижают собственные шумы лампы, защищают катод qt ионной бомбардировки и экранируют его от непосредственного воздействия электрического поля анода и других электродов лампы.

§ 11.2. Характеристики диода

Свойства диода оценивают по его анодным и эмиссионным характеристикам. Анодные характеристики устанавливают зависимость анодного тока от анодного напряжения /a=<p(t/a) при постоянном напряжении накала С/н= const. Эту зависимость можно установить экспериментальным путем или рассчитать аналитически.

Экспериментальные анодные ВАХ. Зависимость" /а для диода с вольфрамовым катодом графически представлена на рис. 11.2, а. В полученной анодной характеристике вакуумного диода можно отметить три характерных участка, соответствующих начальной (АВ), восходящей (ВС) и пологой (D) областям. Анодный ток начальной области, соответствующей небольшому отрицательному Us., составляют те электроны, которые обладают начальной энергией mv/2, достаточной для преодоления тормозящего поля небольшого отрицательного анодного напряжения, т. е. (mv/2)>e\Ua.\. Этот ток мал (несколько микроампер).

Рис. 11.2. Экспериментальные и теоретические анодные характеристики диода

Восходящий участок характеристики соответствует работе лампы в режиме пространственного заряда. Здесь анодный ток составляют электроны, которые обладают энергией, достаточной для преодоления минимума потенциала [/мин (см. рис. 11;1,е), созданного у катода пространственным зарядом, ограничивающим ток в лампе. В этом режиме с ростом Ua анодный ток может возрасти до значения тока эмиссии.

Пологая часть характеристики (за точкой D) соответствует работе лампы в режиме насыщения (см. рис. 11.2, а). Здесь все электроны, вылетевшие с катода, долетают до анода. Ток, устанавливающийся в этом режиме, равен току эмиссии и называется током насыщения. Ток насыщения определяется температурой катода. С повышением температуры катода возрастает ток эмиссии, а следовательно, и ток насыщения диода (см. характеристики при Гз>

>Т2>Тх).

Переход от режима пространственного заряда к режиму насыщения происходит плавно (участок D), что объясняется неравномерностью температуры и работы выхода различных участков катода. Режим насыщения наступает сначала вблизи слабо нагретых участков, где меньше плотность объемного заряда, а затем по мере нагревания распространяется на всю его поверхность.

У торированных и оксидных катодов нет ясно выраженной области насыщения. Эти катоды имеют шероховатую поверхность, поэтому увеличение Ua приводит к возникновению высоких градиентов электрического поля у микровыступов, что вызывает появление автоэлектронной эмиссии и рост анодного тока.

Теоретические ВАХ (рис. 11.2, б). Анодный ток в режиме пространственного заряда определяется совместным действием анодного напряжения и объемного заряда. Он также зависит от геометрических размеров электродов, их формы и расстояния между ними. Аналитически эта зависимость анодного тока (при ряде упрощающих анализ допущений) устанавливается уравнением вида

Ia = KUf, (11.1)

где Ua, - анодное напряжение. В;

к - коэффициент, зависящий от конструкции лампы.

Для ламп с плоскопараллельными электродами

K = 2,33-10-6Qa/4. (11.2)

где Qa - действующая площадь поверхности анода, м; /на - расстояние от катода до анода, м.

При цилиндрической конструкции электродов

K = 2,33.10-6Qa/(r2p2), (11.3)

где Qa = 2nrJa -площадь поверхности анода; Га и /а - радиус И длина анода;

р2=(р(Га/Гк) -конструктивный ПараМетр; при Га/ГкЮ р2»1.

Из приведенного уравнения (11.1) следует, что анодный ток в диоде пропорционален приложенному анодному напряжению в степени трех вторых, поэтому такая зависимость получила наименование закона трех вторых. Уравнение аналитически подтверждает нелинейный характер зависимости /а от Ua диода. Оно

позволяет приближенно рассчитать геометрические размеры электродов лампы для получения требуемого анодного тока при заданном значении анодного напряжения.

Теоретические анодные характеристики диода, построенные для различных значений температуры Ti, Т2, Т3, несколько отличаются от экспериментальных (см. рис. 11.2, а), снятых при той же температуре. Отклонение теоретических характеристик от экспериментальных объясняется тем, что при выводе уравнения трех вторых не учтены начальная скорость электронов и неравномерность распределения температуры по поверхности катода, а также уменьшение анодного тока из-за магнетронного эффекта и ряд других второстепенных явлений.

§ 11.3. Статические параметры диода

Параметры характеризуют свойства ламп, устанавливают основные соотношения между напряжениями и токами в различных цепях лампы. По параметрам можно судить о возможности применения ламп в схемах и о их замене. Рассмотрим основные параметры электровакуумного диода.

Крутизна характеристики S (мА/В) показывает, как изменяется анодный ток лампы при изменении анодного напряжения на 1 В. В заданной точке А (рис. 11.3, а) крутизна определяется отношени ем приращения тока А/а к соответствующему приращению напряжения на аноде АС/а:

/а2-

= tg а или S =

(11.4)

Крутизна имеет физический смысл внутренней проводимости между катодом и анодом для переменной составляющей пульсирующего анодного тока. Если крутизна S=2 мА/В, то это означает, что изменение анодного напряжения на il В вызывает изменение анодного тока на 2 мА. Крутизна характеристики обычно определяется в середине ее прямолинейного участка по двум точкам, например Л и S.

Для криволинейной части характеристики крутизну можно определить методом касательной к кривой в заданной точке М, в которой хотят определить крутизну (рис. 11.3, б). В этом случае крутизна пропорциональна тангенсу угла наклона касательной к оси абсцисс и определяется из KLF как отношение катета

Рис. 11.3. К определению крутизны характеристик диода и среднего значения анодного тока