Рис. 6.1. Распределение потенциала в диоде при различных температурах катода и постоянном анодном напряжении

Рис. 6.2. Распределение потенциала в диоде при различных анодных напряжениях и постоянной температуре катода

да - ускоряющее. Для того чтобы эмиттированным катодом электронам попасть в область ускоряющего поля, а затем на анод, им необходимо сначала преодолеть тормозящее поле объемного заряда. Вьше-тающие из катода электроны имеют различную начальную кинетическую энергию, и только часть из них в состоянии преодолеть возникший потенциальный барьер. Остальные электроны возвращаются на катод. Анодный ток в этом случае составляет только часть тока эмиссии.

При постоянной температуре катода, а следовательно, постоянном токе эмиссии катода распределение потенциала между электродами зависит от анодного напряжения (рис. 6.2). Из сравнения рис. 6.2 и 6.1 видно, что здесь также имеют место два случая. Первый - поле во всем пространстве между электродами ускоряющее (кривая 4). Потенциал всех точек междуэлектродного промежутка положительный. Второй - в пространстве между электродами имеется область с отрицательным потенциалом. Поле от "катода до минимума потенциала тормозящее, а от минимума до анода ускоряющее (кривые 1, 2). Переход от первого случая ко второму (кривая 3) происходит при определенном анодном напряжении С4,нас-

в первом случае ток анода не зависит от значения анодного напряжения, он равен току эмиссии катода, т. е. определяется его температурой. Такой режим работы диода называется режимом ограничения тока температурой катода или режимом насыщения.

Во втором случае наблюдается резкая зависимость тока анода от анодного напряжения. Это объясняется тем, что от анодного напря-

жения зависит глубина минимума потенциала, т. е. потенциапьный барьер, который должны преодолеть электроны. Поэтому значение анодного напряжения определяет количество электронов, прошедших минимум потенплала и составивших анодный ток диода. Такой режим работы лампы назьшается режимом ограничения тока объемным зарядом или просто режимом объемного заряда. В режиме объемного заряда анодный ток слабо зависит от температуры катода.

Таким образом, режим работы диода определяется значением анодного напряжения и температурой катода (или напряжением накала). Переход из одного режима в другой может быть вызван изменением любого из указанных параметров. Однако напряжение накала обычно является фиксированным для каждой лампы, поэтому считают, что режим работы диода зависит только от значения анодного напряжения. В подавляюшем большинстве случаев в диодах используется режим объемного заряда.

6.2. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ДИОДА

Физические процессы в диоде, рассмотренные в предьщушем параграфе, позволяют легко объяснить закономерности основных характеристик прибора.

На рис. 6.3 приведено семейство эмиссионных характеристик, представляющих зависимость анодного тока диода от напряжения накала

~ /(4) при неизменном для каждой отдельной характеристики анодном напряжении. При небольших напряжениях накала (до С/, {/„" и [/„") диод работает в режиме насыщения и.все эмиттированные катодом электроны попадают на анод, т. е. 1 = 1. Анодный ток растет при увеличении напряжения накала по закону, определяющему зависимость тока эмиссии от температуры катода. При напряжениях накала, превьпиающих U, Ц," и f/„", диод переходит в режим объемного заряда, характеризующийся слабой зависимостью тока анода от напряжения накала, т. е. 1 < 1. Увеличение анодного напряжения приводит к увеличению значения напряжения накала, при котором происходит переход диода в режим объемного заряда.

Основной характеристикой диода является зависимость анодного тока от анодного напряжения при постоянном напряжении накала - анодная характеристика 1 = /(С4) • Анодный ток диода связан с напряжением анода законом степени трех вторых.

Для вьшода этого закона необходимо ввести некоторые упрощающие задачу предположения. Катод и анод считаем плоскими параллельными безграничными пластинами, что позволяет пренебречь краевыми эффектами и поле между электродами считать однородным. Предполагаем, что катод находится в области минимума потенциала. Тогда напряженность электрического поля около катода равна нулю. Скорость

Рис. 6.3. Семейство эмиссионных характеристик диода

электронов в области минимума потенциала меньше начальных скоростей электронов при термоэлектронной эмиссии, поэтому их для удобства будем считать также равными нулю,

В большинстве режимов работы диодов расстояние от минимума потенциала до катода гораздо меньше междуэлектродного расстояния, а глубина минимума по абсолютному значению существенно меньше анодного напряжения, поэтому считаем - Xmin *a и U- Umin U-

Электрическое поле между плоскими электродами, находящимися в вакууме при наличии объемного заряда, описьшается уравнением

Пуассона

(6.1)

где р - плотность объемного заряда; cq - электрическая постоянная.

Известно, что плотность заряда связана с плотностью тока следующим соотношением:

P=-J/v,

где V - скорость носителей заряда - электронов.

В любой точке междузлектродного пространства скорость электронов может быть найдена из выражения

mgvl2= ell,

где и - потенциал в точке определения скорости; nig - масса элект рона. Отсюда

V - s/2eJJ/mg.

Плотность объемного заряда связана с потенциалом междуэлектродного пространства в диоде выражением

V mgjle

Подставив (6.2) в уравнение Пуассона (6.1),получим dU J Vrriglle

(6.2)

(6,3)