заряда (отрицательного относительно катода потенциала) сохраняется лишь в при-катодной части лампы. Этот потенциальный карьер у поверхности катода преодолевают лишь наиболее быстрые электроны, устремляющиеся затем к аноду и образующие анодный ток. Более медленные электроны

Рис. 8-1. Анодная характеристика диода.

тормозятся в области отрицательного потенциала и возвращаются обратно на катод. Вблизи катода существует отрицательный пространственный заряд, находящийся при фиксированных значениях f/н и f/a в динамическом равновесии. Этот режим, называемый режимом пространственного заряда, соответствует восходящему участку вольт-амперной характеристики диода и является рабочим режимом лампы.

По мере увеличения анодного напряжения плотность пространственного заряда у катода уменьшается, и при некотором значений {/а наступает режим насыщения. Область отрицательного потенциала у катода исчезает; все эмиттированные катодом электроны уходят на анод; анодный ток равен току эмиссии h и может быть увеличен только путем увеличения последнего. Этому режиму соответствует пологая часть анодной характеристики.

Закон степени 2- Аналитически зависимость U=f{Ua) (идеальная анодная характеристика) в режиме пространственного заряда описывается законом степени V2

/. = 2,33.10-е Ul: (8-1)

где / а- анодный ток в амперах;

Qa-эффективная поверхность анода;

Га - радиус анода в диодах цилиндрической конструкции или расстояние анод - катод в лампах плоской конструкции;

?>=ЦГа/Гк), где Ак -радиус катода. Для

плоской конструкции электродов (Аа2> Гк)

Р=1; для цилиндрических электродов уменьшается с уменьшением отношения rjr (при /а/г =3 р2-0,3).

В режиме насыщения идеальная анодная характеристика представляет собой прямую, параллельную оси Of/a-

Реальные характеристики диода отличаются от идеальной вследствие разброса начальных скоростей эмиттированных электронов, неодинаковой температуры поверхности катода, асимметрии электродов и других причин, не учитываемых при выводе закона степени /2.

Статические параметры

Степень зависимости анодного тока от напряжения на аноде описывается статв-ческими параметрами лампы.

Крутизна характеристики S отображает зависимость анодного тока от анодного напряжения вблизи некоторой точки А анодной характеристики (рис. 8-2) и равна по величине тангенсу угла наклона касательной к этой точке:

, ма/в.

(8-2)

Дифференциальное сопротивление Rt а диоде - величина, обратная крутизне S. позволяет рассматривать двухэлектродную лампу как некоторое сопротивление протекающему через нее переменному току. Диф-

Рис. 8-2. Определение статических параметров диода.

ференциальное сопротивление позволяет оценить связь между амплитудой тока а. макс и амплитудой переменного напряжения Ua. ыанс, если К диоду, помимо постоянного напряжения С/и подведено также переменное напряжение w=t/a. sin юЛ

Величина Rt зависит от нелинейности характеристики вблизи точки А.

Геометрически Ri определяется как котангенс угла а наклона касательной к точке А:

Ri = -jf- , ом. (8-3)

Величины S к Ri для различных диодов лежат в пределах 0,5-6 jua/e и 2-0,15 ком соответственно.

Сопротивление диода постоянному току

IOM.

(8-4)

Величина Ro не зависит от характера кривой вблизи точки А, а только от координат этой точки. Геометрически Ro определяется как котангенс угла Р наклона прямой, проведенной из начала координат в заданную точку (рис. 8-2).

Предельная величина мощности, выделяемой на аноде.

а.макс - (аа)макс-

(8-5)

Предельные величины f/а.макс и /а.макс для каждого типа диода ограничиваются значениями характеристики, лежащими на гиперболической кривой Ра.макс (рис. 8-2).

Междуэлектродные емкости. При использовании диодов, особенно на сверхвысоких частотах, существенное значение имеют величины междуэлектродных емкостей. Электроды диода при ненакаленном катоде можно рассматривать как некоторый конденсатор, емкость которого прямо пропорциональна поверхности электродов и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Эта емкость называется статической междуэлектродной емкостью диода в холодном состоянии. Пространственный заряд между катодом и анодом в работающем диоде увеличивает эту емкость примерно на 30%. В справочниках обычно приводится величина междуэлектродной емкости Са. к анода с накаленным катодом. Для некоторых применений диодов важны также величины распределенных емкостей между катодом и подогревателем

Сп. к.

Применения диодов

В радиоэлектронных устройствах диоды используются чаще всего для выпрямления переменного тока и детектирования колебаний, а также в качестве ограничителей амплитуды различных сигналов, генераторов щумовых напряжений и др.

Поэтому в справочниках, помимо данных о номинальном режиме накала (f/н и /н), приводятся также величины междуэлектродных емкостей, предельные величины обратного напряжения Uoep, выпрямленного тока /выпр и другие специальные данные.

Конструкция диодов определяется их назначением и требуемым режимогл рабо-

ты. Выпрямительные диоды - кенотроны можно разделить на две группы: низковольтные и высоковольтные. Кенотроны первой группы обычно имеют катод косвенного накала, металлический или стеклянный баллон, электроды небольшого размера с выводами на общий цоколь. Конструкция мощных высоковольтных кенотронов рассчитана на большие токи и напряжения; баллоны этих ламп, обычно стеклянные, могут быть больших размеров; катоды - мощные, способные создать значительный ток эмиссии; аноды - массивные, иногда требующие принудительного охлаждения; особое внимание уделено изоляции выводов, которые могут быть впаяны в различных местах баллона. Импульсные высоковольтные кенотроны - обычно малогабаритные; вывод анода впаивается в верхнюю часть баллона. Для удобства использования в двухполупериодных выпрямителях часто два низковольтных кенотрона монтируются в одном баллоне (двуханодные кенотроны); иногда катоды их объединяются в один общий, а два анода имеют раздельные выводы.

Детекторные диоды - маломощные лампы, как правило, с оксидным катодом. Междуэлектродная емкость этих ламп должна быть как можно меньше. Диоды, предназначенные для работы на ультравысоких и сверхвысоких частотах, не имеют цоколя, жесткие штырьки впаиваются в стеклянное дно баллона.

8-3. ТРЕХЭЛЕКТРОДНЫЕ ЛАМПЫ

Трехэлектродная лампа, в которой, помимо катода и анода, имеется третий электрод-сетка, предназначенный для управления плотностью потока электронов, движущихся к аноду, называется триодом. Сетка располагается ближе к поверхности катода в области образования отрицательного пространственного заряда.

Физические процессы в триоде

Введение сетки изменяет рраСпределение-потенциалов между катодом и анодом; наиболее существенно изменяется поле в пространстве сетка - катод. Так как часть силовых линий поля анода замыкается на витки сетки, то между сеткой и катодом образуется результирующее поле, конфигурация которого зависит от потенциалов сетки и анода. Если на сетку подано значительное отрицательное (относительно катода) напряжение (f/c<0), то даже, несмотря на положительный потенциал анода, у всей поверхности катода образуется поле, тормозящее вылетающие из катода электроны. Электроны возвращаются на катод, не достигая витков сетки или анода. Ток в лампе равен нулю, или, как говорят, лампа заперта. Такой потенциал сетки f/co называется потенциалом запирания. При уменьшении от,рицательного потенциала сетки потенциальный барьер у катода сни-/

жается и часть электронов, минуя витки сетки, устремляется к аноду. Возникает анодный ток /а, растущий по мере уменьшения отрицательного потенциала Uc.

Если сетка находится под положительным относительно катода потенциалом, то часть электронов попадает на витки сетки. Возникает сеточный ток /с. Катодный ток /к разветвляется на два: сеточный й анодный токи лампы /н=/с+/а. Внутри прибора токи /с и /а направлены от соответствующих электродов к катоду.

Режимы токораспределения. Процесс разделения катодного тока на составляющие токи в цепях отдельных электродов оценивается коэффициентом токораспределения, который для триода равен:

k = ~. (8-6)

В лампах с сетками различают два режима токораспределения. В триоде при

<0,1 -0,2(t/c>0)

большая часть электронов движется от катода к виткам сетки. Некоторые электроны пролетают плоскость сетки, но под влиянием поля сетки возвращаются из пространства сетка - анод на ее витки. Этот процесс соответствует режиму возврата электронов.

При дальнейшем увеличении f/a, когда

>02

в триоде наступает режим прямого перехвата электронов сеткой. Под влиянием поля анода все электроны, пролетевшие плоскость сетки, уходят к аноду. Ток сетки образуется только за счет электронов, которые непосредственно попадают на ее витки, перехватываются сеткой.

В режиме возврата с увеличением анодный ток быстро возрастает, а ток Гс падает, так как анодное поле сравнительно легко захватывает электроны, пролетевшие плоскость сетки. В режиме прямого перехвата анодный ток при увеличении растет более медленно, главным образом из-за влияния анодного поля на пространственный заряд у катода; ток сетки остается почти Неизменным. Величина коэффициента токораспределения определяется, в основном, соотношением поверхностей анода и сетки.

Проницаемость лампы. Для сравнительной оценки воздействия сетки и анода на поле вблизи катода вводится понятие действующего напряжения f/д, влияние которого на поле вблизи катода должно быть эквивалентно совместному действию напряжений Uc и f/a:

Коэффициент D, называемый проницаемостью лампы, характеризует степень проникновения поля анода в пространство сетка - катод и учитывает ослабление {D<1) действия этого поля на потенциальный барьер у катода по сравнению с действием поля сетки.

Ослабленное воздействие анодного поля объясняется главным образом влиянием самой сетки, отделяющей анод от катода и служащей электростатическим экраном. Степень экранирующего действия сетки зависит от ее густоты, конструкции других электродов и расстояний между ними. Можно показать, что величина проницаемости достаточно точно определяется соотношением

(8-8)

Са.к - емкость анод - катод; Q.k - емкость сетка - катод. Для триодов обычно Д~ 0,02--0,15. Поскольку в результате изменений потенциального барьера у катода меняется и число электронов, уходящих к аноду и сетке, то можно определить проницаемость лампы и как некоторый коэффициент, характеризующий сравнительное воздействие приращений напряжений анода и сетки на изменение катодного тока /к:

D = - ТГ при /к = const. (8-9)

Знак минус означает, что для поддержания /к постоянным приращения dU и df/a должны быть разных знаков.

С помощью коэффициента D, зная величину Us., легко определить потенциал запирания Uco лампы:

Ь/со = -Ша. (8-10)

Статические характеристики

Зависимости токов /а и /с от напряжений на электродах триода отображаются четырьмя основными характеристиками:

а н о д н о-с еточная характеристика

/а = f{Uc) при f/a = const; (8-11) анодная характеристика

/а = Г (f/a) пр и f/c = const; (8-12) сеточная характеристика

/с = ф(г/с) при f/a = const; (8-13)

с е т о ч н о-а н о д н а я ст и к а

характер и-

U K.Uc + DU.

(8-7)

/с = ф((7а) при f/c = const. (8-14)

Обычно зависимости (8-11)-(8-14) изображаются в виде семейств характеристик для различных фиксированных значений Uc или f/a (рис. 8-3 и 8-4).

Различные характеристики связаны между собой, и по семейству анодно-сеточ-