Изотоковые характеристики.

Управление эмиссионной способностью.

Почему при термоэлектронной эмиссии электровакуумного диода могут нарушаться правила Киргофа?

Мы выяснили, что формула тока термоэлектронной эмиссии включает в себя две отрицательные обратные связи по току. Поэтому любой встречный ток ΔI (поток электронов) направленный к катоду будет восприниматься как способ управления эмиссией. Ведь результирующий ток:

I_РЕЗ = I _ЭМИСС - ΔI

Встречный ток понижает U_B и понижает T_F, что увеличивает эмиссию. Это явление называется вторичной электронной эмиссией.

В случае вторичной электронной эмиссии два контура тока – управляющий и управляемый являются независимыми и не могут складываться по правилам Киргофа. Иначе явления вторичной электронной эмиссии не могло бы существовать.

Объяснение существования токов вторичной электронной эмиссии: явление падающего на катод тока и исходящего от катода тока происходит в разные промежутки времени.

Для примера саморегулирующей системы с отрицательной обратной связью можно привести систему регулирования уровня топлива в карбюраторе с поплавком, запирающей иглой и поплавковой камерой. Можно заметить, что здесь процессы управления происходят в разные промежутки времени. Система с карбюратором имеет большие временные параметры. Электроны же работают в малых временных рамках.

Законы Киргофа могут работать, а могут и не работать в зависимости от существующих в системе управляющих процессов и обратных связей.

Здесь надо ставить эксперименты и изучать явления отдельно.

Изотоковые характеристики в эксперименте С. Дэшмана.

Если эксперимент С, Дэшмана построить в виде кельвин-вольтовых характеристик, при Ia = const, можно пронаблюдать, как будет выглядеть уравнение для термоэлектронной эмиссии электровакуумного диода. Вариант 1-й – построим гиперболы в случае эксперимента Дэшмана, то есть, когда T > T_F .

Рис. 1. Математическая модель процесса термоэлектронной эмиссии в эксперименте С. Дэшмана ( формула (1.06) ) , построенная в виде семейства кельвин-вольтовых характеристик. Характеристики построены с шагом тока Ia равным 0.01А. Ток Ia отмечен только для первых 4-х характеристик.

Семейство изотоковых характеристик (или семейство кельвин-вольтовых) показывает какое требуется сочетание температуры процесса и напряжения Ua для поддержания стабильной некоторой величины тока Ia. Вид семейства этих характеристик отображает процесс эмиссии электронов (термо-ЭДС). Каждая характеристика имеет вид гиперболы:

Ua = ( ( Ln(Ia) / K_T ) + T_F ∙ U_B - T ∙ U_F ) / ( T_F – T ) (1.06) ;

T_F =(Ln ( Ia) +27,325 ) / 1,047e-2 ;

U_B = ( Ia / 9,215e-5) ^2/3 ;

U_F = U_B + 0,01,

T > T_F

Условие T > T_F исключает построение левой ветви гиперболы.

На рисунке 1 мы наблюдаем только правые, смещающиеся в зависимости от температуры T и напряжения Ua ветви гиперболы.

У вакуумного диода по условию T > T_F гиперболы изотоковых характеристик расположены справа. У полупроводникового диода по условию T < T_F гиперболы изотоковых характеристик расположены слева.

Таким образом, можно сделать вывод, что правосторонние гиперболы соответствует обратным токам, а левосторонние гиперболы соответствует прямым токам. (см. 4.1.8.)

На рис. 2 построены обе ветви гиперболы эксперимента Дэшмана для Ia = 250 мА.

Рис. 2.Математическая модель процесса термоэлектронной эмиссии в эксперименте С. Дэшмана ( формула (1.05) ). Построена кельвин-вольтовая характеристика для Ia = 250 мА. Здесь построены обе ветви гиперболы.