ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
Классификация электронных приборов
Электронные приборы подразделяются на следующие типы:
a) электровакуумные приборы;
b) ионные приборы;
c) полупроводниковые приборы.
ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ
Общие сведения
Приборы, работающие на принципе движения потока свободных электронов в вакууме, называются электровакуумными приборами. К ним относятся:
a) электронные лампы;
b) электронно-лучевые трубки;
Движение электрона в электрическом поле
Как известно из курса физики, на электрон, находящийся в электрическом поле, действует сила F, величина которой пропорциональна заряду электрона е и напряженности поля Е:
F = e · E;
Эта сила приложена в направлении, противоположном вектору напряженности электрического поля Ē.
Поэтому при движении электрона в направлении силовых линий электрического поля происходит его торможение, сопровождающееся уменьшением энергии. При движении электрона навстречу силовым линиям поля наблюдается ускорение электрона, и его энергия увеличивается. Если электрон движется под углом к силовым линиям поля, то происходит искривление траектории его движения.
Таким образом, воздействуя на электрон электрическим полем, можно изменять его скорость, кинетическую энергию и направление движения.
Глава 1. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ
§ 1. Двухэлектродная электронная лампа (диод)
Принцип работы
Простейшим электровакуумным прибором является двухэлектродная электронная лампа, получившая название "диод". Электровакуумный диод представляет собой стеклянный, металлический или керамический баллон, внутри которого размещены два электрода. Один из этих электродов называется катодом, второй – анодом (рис. 5.1.1).
Рис. 5.1.1. Схематическое изображение двухэлектродной лампы
Катод служит источником свободных электронов, которые могут притягиваться анодом. Для того, чтобы облегчить отделение электронов от поверхности катода, предусмотрен подогрев катода. В простейшем случае катод представляет собой тонкую металлическую нить, концы которой выведены из баллона. Через нить пропускается постоянный электрический ток. Ток, проходящий через нить, вызывает ее разогрев, благодаря чему увеличивается скорость движения электронов в материале катода. При увеличении скорости движения электронов увеличивается их кинетическая энергия. При определенной скорости движения электронов их кинетическая энергия становится достаточной для того, чтобы преодолеть удерживающие силы и отделиться от катода. Это явление называется термоэлектронной эмиссией, а ток, полученный при излучении электронов катодом, называется током эмиссии. Величина тока эмиссии Iе определяется следующим соотношением:
Iе = Sк · А · Т 2 · ;
где Sк – активная поверхность катода, см 2 ;
А – коэффициент, зависящий от материала катода;
Т – температура катода, °К;
b –коэффициент пропорциональности, характеризующий энергию выхода электронов из металла.
Чтобы уменьшить энергию выхода электронов из материала катода, его нить обычно покрывают тонким слоем оксидного материала (окислы бария, стронция и кальция). Такие катоды называются активированными.
В случаях, если подогрев катода осуществляется переменным током, применяются так называемые "подогревные катоды". Подогревный катод получает тепло не за счет пропускания через него электрического тока, а за счет нагрева его специальной нитью накала, через которую пропускается переменный ток. Этим исключается изменение тока эмиссии с частотой, равной частоте питающего напряжения.
Подогревный катод представляет собой никелевый цилиндр, покрытый снаружи оксидным слоем. (рис. 5.1.2). Внутри цилиндра находится подогреватель (нить накала, через которую пропускается переменный ток). Для того, чтобы избежать появления магнитного поля вокруг катода, нить накала выполняется в виде спирали бифилярного типа. Нагреватель покрыт слоем теплостойкого изолирующего материала.
1 – основание катода
(никелевый цилиндр);
2 – оксидный слой;
3 – нить накала;
4 – теплостойкая изоляция нити
накала.
Рис. 5.1.2. Устройство подогревного катода
Воздух из баллона удаляется. Если бы внутри баллона находился воздух, то электроны при движении от катода к аноду сталкивались бы с частицами воздуха и теряли бы свою скорость.
Кроме того, наличие воздуха внутри баллона могло бы вызвать повышенный износ катода из-за того, что нагретый катод активно вступает в реакцию с кислородом воздуха.
Диод подключается к источнику питания таким образом, чтобы к аноду был приложен положительный потенциал относительно катода. В этом случае между катодом и анодом создается электрическое поле, силовые линии которого располагаются в направлении от анода к катоду. Под действием электрического поля поток электронов, излучаемых катодом, получает ускорение и направляется к аноду. При этом в цепи диода появляется электрический ток.
Направление тока условно принято считать обратным направлению движения электронов. В данном случае ток, проходящий в анодной цепи диода, направлен от анода к катоду.
Повышение скорости движения электронов на пути от катода к аноду сопровождается возрастанием их кинетической энергии. При попадании электронов на анод их кинетическая энергия переходит в тепловую энергию, которая вызывает разогрев анода. Поэтому аноды мощных ламп изготавливаются из тугоплавких металлов - молибдена и тантала. Для повышения теплоотдачи поверхность анода подвергается специальной обработке (чернению), а с его внешней стороны предусматриваются ребра для охлаждения (рис. 5.1.3).
Рис. 5.1.3. Конструкция анодов
Если изменить полярность подключения источника питания, то ток в цепи диода протекать не будет, т. к. электроны будут отталкиваться от анода и возвращаться обратно к катоду. Таким образом, диод обладает односторонней проводимостью.
Ток, протекающий в цепи анода, зависит от количества электронов, приходящих к аноду в единицу времени. Этот ток определяется следующими двумя факторами:
a) током эмиссии катода, который зависит от количества электронов, испускаемых катодом в единицу времени;
b) напряжением между катодом и анодом.
Если напряжение между анодом и катодом отсутствует, то электроны, вылетевшие из катода, быстро теряют свою скорость, т. к. одноименно заряженные частицы взаимно отталкиваются. Электроны, потерявшие скорость, заполняют пространство вокруг катода, образуя отрицательно заряженное "облако". Это "облако" называется пространственным зарядом. Пространственный заряд препятствует движению электронов от катода к аноду.
По мере повышения положительного напряжения на аноде электроны начинают притягиваться к аноду, благодаря чему анодный ток начинает увеличиваться. Чем больше напряжение на аноде, тем больше величина анодного тока.
Увеличение анодного тока будет продолжаться до тех пор, пока все электроны, испускаемые катодом, начнут достигать анода. Дальнейшее повышение напряжения на аноде не будет вызывать увеличения анодного тока. Этот режим называется насыщением. При насыщении величина анодного тока равна току эмиссии катода.
При повышении напряжения накала температура катода увеличивается, что приводит к возрастанию тока эмиссии, а следовательно, и к возрастанию тока насыщения.
Дата добавления: 2021-04-21; просмотров: 298;