Частные уроки по физике

Параметры диода
Вольтамперная характеристика двухэлектродной лампы наиболее полно характеризует пригодность лампы для той или иной технической цели. В ряде случаев, однако, для оценки можно обойтись и менее детальными сведениями о лампе, надо лишь знать некоторые величины (так называемые "параметры"), характеризующие важнейшие качества лампы.

Это отношение называется средней крутизной характеристики лампы. Но реальная характеристика является криволинейной, вследствие чего крутизна ее различна на разных участках. Для того чтобы определить местную крутизну характеристики в данной точке, нужно определить отношение изменения тока к изменению анодного напряжения на определенном участке кривой.

Формула эта показывает, что крутизна зависит от геометрических размеров лампы: действующей поверхности! анода и расстояния между электродами. Так как действующая поверхность анода определяется в зависимости от рабочей длины катода, то крутизна немного зависит также от накала нити лампы. Так же как и местная крутизна, величина Rt постоянна только для прямолинейного участка характеристики; на нижнем и верхнем изгибе величина Ri изменяется.

На физическом значении Rt следует подробнее остановиться. Пусть на аноде лампы имеется постоянный потенциал Ual, при котором через нее протекает ток. Однако, чаще нас интересует сопротивление лампы при малых изменениях анодного напряжения около заданного значения Ual. Соответственно приросту анодного напряжения Ша ток в лампе вырастает на величину &1а, зависящую от того, в какой точке характеристики мы выбрали рабочую точку (какова величина постоянного напряжения UaX).

Тогда мы скажем, что сопротивление Rt лампы для переменной составляющей тока определится из закона Ома, примененного к этим малым изменениям тока и напряжения, откуда и следует уравнение. Таким образом, между сопротивлением постоянному току R и сопротивлением при малой по амплитуде переменной составляющей внутренним сопротивлением имеет место различие как принципиальное, так и количественное.

Например, сопротивление постоянному току всегда положительно, а "внутреннее .сопротивление" при падающей характеристике (правда, у двухэлектродных ламп такой характеристики никогда, не бывает) может быть даже отрицательным, так как tga на ней также отрицателен, что наблюдается действительно, например, у ионных приборов. К более простым параметрам диода относятся ток и напряжение накала If и Uf и максимальное анодное напряжение, которое можно прикладывать между анодом и катодом.

Значение Ua max определяется изоляционной прочностью конструкции лампы. Для определенного катода мощность накала определяет величину тока насыщения (полную эмиссию катода) и срок службы лампы, причем эти величины изменяются противоположно друг другу, т. е. с увеличением мощности накала увеличивается значение тока насыщения, но срок службы при этом уменьшается.

Анод относится к числу горячих деталей лампы, так как под ударами летящих к нему электронов, передающих свою кинетическую энергию частицам Материала анода, беспорядочное тепловое движение этих частиц усиливается, что может вызвать значительное повышение температуры анода- (вплоть до расплавления его). Значение Ра определяет величину мощности, выделяемой в виде тепла в лампе.

Местом выделения этого тепла в диоде является только анод, поэтому основным требованием, предъявляемым к аноду, является требование возможно лучшего теплоотвода от него, осуществляемого, например, при повышенном коэффициенте излучения поверхности анода и большой величине его поверхности (Для анодов, целиком находящихся в вакууме). Значение коэффициента излучения зависит от материала анода и состояния его поверхности, например, блестящий никель имеет 7= 0,08; матированный никель у 0 25 и матовый карбонизированный (черненый) никель имеет у = 0,95.

Поскольку наибольшим коэффициентом излучения обладают черные поверхности, для повышения излучательной способности металлической поверхности и применяют часто процесс чернения, т. е. нанесения на поверхность анода слоя угля, порошка циркония, титана или молибденовой черни. . Различные поверхности принято сравнивать по количеству энергии, отводимой от 1 cm2 при максимальной допустимой температуре для данного материала. Эти величины называются максимальными удельными нагрузками и выражаются в W на cm2.

В ряде типов ламп допустимая температура нагрева, обусловленная, испарением металла в .вакууме, зависит от температуры плавления металла, из которого сделан анод: чем выше эта температура, тем большую можно допустить рабочую температуру анода. В установившемся режиме работы-, температура анода зависит от мощности, полученной анодом, и от величины коэффициента излучения поверхности. Чем выше этот последний, тем ниже установится рабочая температура.

На практике повышение температуры анода ограничивается обычно опасностью выделения газа из металла при перегреве его, что вызывает ухудшение вакуума в лампе. Эта температура часто также тем выше, чем выше температура плавления металла. В лампах с активированными катодами значение рабочей температуры анода определяется уже -не свойствами материала анода, а условиями нормальной работы катода.

Вследствие высокой температуры анода часть излучаемой им энергии подогревает катод, который при этом перегревается и может потерять эмиссию. Поэтому для обеспечения нормальных условий работы катода наибольшая температура анода должна быть значительно ниже температуры катода. Например, з лампах с оксидными катодам, рабочая температура которых 1 100° К, нагрев анода допускается только до 650°К. В этом случае стремятся применять черненые аноды, которые при меньшей рабочей температуре рассеивают значительную мощность.

При теоретическом выводе предполагалось, что потенциал анода одинаков относительно любой точки поверхности катода и, следовательно, катод эквипотенциален. При этом не учитывалось влияние тока накала, который, проходя по катоду, создает падение потенциала по длине его. В этом случае потенциал катода постепенно увеличивается в сторону положительного конца его, и теперь уже потенциал анода относительно различных участков катода оказывается различным.

Если потенциал анода равен полному напряжению анодной батареи Ua относительно отрицательного конца катода, к которому присоединяется анодная батарея" то относительно положительного конца катода потенциал анода равен (ua Uf), где С , разность потенциалов на концах катода. Плавный переход кривой к режиму насыщения обусловлен одновременным действием двух разобранных выше явлений.

Вследствие неравномерного накала катода величина эмиссии и плотность объемного заряда вблизи слабо накаленных мест (на концах его) меньше, чем в более нагретых (в средней части). Поэтому при повышении Ua режим насыщения наступает сначала для слабо нагретых" мест катода что вызывает замедление роста тока, и затем распространяется на весь катод. При дальнейшем повышении напряжения режим насыщения распространяется постепенно от отрицательного конца к положительному, и характеристика плавно переходит в участок.

Влияние его различно для различных типов катодов и проявляется сильнее всего у оксидного катода, имеющего очень шероховатую поверхность, около неровностей которой легко возникают высокие градиенты электрического поля. Надо отметить еще, что в мощных лампах заметное влияние на величину анодного тока может оказать магнитное поле тока накала вследствие магнетронного эффекта.

Это явление заключается в том, что под действием магнитного поля, возникающего вокруг катода, по которому протекает ток накала, траектории электронов, летящих К аноду, начинают искривляться в сторону положительного конца катода. Искривление траекторий электронов тем сильнее, чем больше ток накал а и создаваемая им напряженность магнитного поля. Анодный ток при этом уменьшается, так как часть электронов возвращается обратно к катоду. Магнетронный эффект сказывается сильнее всего в начальной части характеристики при малых анодных напряжениях.

Описанные выше явления, имеющие место при работе реальной лампы, и приводят к тому,, что опытные характеристики заметно отличаются от теоретической кривой "закона трех вторых". Часто оказывается, что средняя восходящая часть, характеристики приблизительно прямолинейна. Иногда для расчетов радиосхем принимают линейное уравнение для всей . характеристики, для упрощения вычислений.


Спонсор публикации: