Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
§ 94. Пустотные выпрямители тока (диоды, кенотроны)
Как уже упоминалось, на использовании термоэлектронной эмис сии основано устройство важнейшей части радиотехнической аппара туры -—так называемой электронной лампы. Схема простой двухэлектродной электронной лампы — пустотного вы прямителя тока — показана на рис. 453.
Рис. 453. Схе ма диода.
Внутри стеклянного баллона, из которого воздух тщательно удалён, находятся два электрода. Один из этих эле ктродов (нить К) выполнен в виде металлической проволочки, накаливаемой электрическим током от низковольтного трансформатора накала или же от батареи B1. Второй электрод (металлический ци линдр Л) охватывает нить. Накалённая нить K окру жена пространственным отрицательным зарядом — электронным облаком. Число электронов в этом элек тронном облаке увеличивается при повышении тем пературы нити (§ 92). Сам металл нити, теряя элек троны, заряжается положительно.
Соединив нить с землёй, сообщим второму элек троду, цилиндру А, некоторый положительный за ряд +Q. Тогда электроны пространственного за ряда будут притягиваться положительным зарядом; известная часть электронов, заряд которой численно равен Q, устре мится от нити к цилиндру. Это движение электронов будет продолжаться до тех пор, пока заряд +Q не будет полностью нейтрализован.
Если мы будем постоянно возобновлять положительный заряд на цилиндре A и, с другой стороны, пополнять убыль электронов в нити К (для этого мы подключим к электродам источник доста точно высокого постоянного напряжения, например аккумуляторную батарею B2), то внутри лампы установится постоянный ток электро нов от нити к цилиндру и в цепи источника напряжения (через ба тарею B2) будет итти постоянный электрический ток.
От чего зависит количество электронов, пробегающих в единицу времени путь между анодом и катодом? Очевидно, что число эле ктронов, увлекаемых анодом А, пропорционально заряду, который ему сообщён. Если между нитью и анодом приложено напряжение V, то этот заряд равен:
Q=CV,
где С — ёмкость между нитью и анодом, которые образуют ци линдрический конденсатор. Следовательно, количество увлекаемых электронов зависит от расположения и размеров анода и от прило женного к нему напряжения.
Чем ближе поверхность анода к нити, тем больше ёмкость С и тем больше влияние анода на электроны пространственного заряда. Чем выше напряжение, приложенное между нитью и анодом, тем больше количество увлекаемых электронов; следовательно, ток в анодной цепи электронной лампы будет возрастать при увеличении напряжения V, Однако это возрастание тока в цепи анода при увеличении напряжения является ограни ченным. В самом деле, оно может продол жаться только до тех пор, пока имеется запас электронов в пространственном заря де (рис. 454).
Рис. 454. Распределение потенциала в электрон ной лампе при малом анодном напряжении (1) и при увеличении на пряжения между анодом и нитью (2, 3).
Предельный ток называют током насы щения электронной лампы. Нужно, однако, заметить, что пространственный заряд при этом не исчезает и кривая распределения по тенциала остаётся криволинейной. При отсут ствии зарядов между анодом и нитью рас пределение потенциала подчинялось бы пря молинейному закону. Практически полное уничтожение пространственного заряда на ступает лишь при очень больших анодных напряжениях.
Напряжение, при котором устанавливается ток насыщения, зависит от ёмкости между нитью и анодом: чем меньше ёмкость, т. е. чем дальше поверхность анода от нити, тем большее напряжение необходимо для дости жения тока насыщения.
На рис. 455 графически представлена зависимость тока в анодной
|цепи от напряжения, приложенного между анодом и нитью.
Рис. 455. Характеристи ка двухэлектродной лам пы с вольфрамовой нитью для различных температур нити.
Такие графики обычно называются характеристиками лампы. На рис. 455 приведены характеристики двухэлектродной лампы для разных тем ператур катода. Как видим, для более высоких температур ток насы щения получается большим. Характеристика лампы на значительном участке близка к прямой линии. Иногда, идеализируя, её принимают за прямолинейную от нуля и до тока насыщения.
Поступая так, мы предполагаем, что в области положительных напряжений на аноде вплоть до тока насыщения лампа ведёт себя как обычный проводник, подчиняющийся закону Ома, т. е. ток через лампу пропорционален приложенному к ней напряжению:
Ia=Va/Ri. (3)
Мы видим, что лампу можно характеризовать определённым, ей присущим сопротивлением, так называемым внутренним сопроти влением лампы. Очевидно, чем круче идёт характеристика лампы, тем меньше внутреннее сопротивление лампы. Внутреннее сопроти вление лампы и её ток насыщения являются величинами, характери зующими двухэлектродную лампу с достаточной полнотой.
Действительная характеристика лампы не прямолинейна; тем не менее сохраняют представление о внутреннем сопротивлении лампы, но определяют эту величину, дифференцируя выражение закона Ома (3) в предположении, что хотя бы для относительно небольшого участка характеристики Ri=const:
Ri=dVa/dIa (4)
Таким образом, дифференциальным внутренним сопротивлением лампы называют отношение дифференциально малого прироста анод ного напряжения к тому приросту тока в лампе, который вызывается этим увеличением анодного напряжения.
Начальные участки характеристик двухэлектродной лампы для разных температур, как показывает рис. 455, совпадают. Здесь характеристика является наиболее криволиней ной. В этой области сравнительно малых напряжений между анодом и катодом зависи мость тока от напряжения определяется законом Богуславского — Ленгмюра:
Ia=KV3/2a. (5)
Здесь К—константа, характеризующая размеры и форму электродов и не зависящая от температуры катода.
На рис. 455 пунктиром представлена ха рактеристика лампы, имеющей большую ём кость С, т. е. такой лампы, у которой анод расположен ближе к нити. Ток насыщения для такой лампы достигается при меньших значениях напряжения и характеристика её идёт круче.
Что получится, если мы сообщим аноду не положительный заряд, а отрицательный, например приложим обратное напряжение между электродами, переменив полюсы батареи? Очевидно, что в этом слу чае тока не будет, так как электроны не будут увлекаться к ци линдру А. Следовательно, электронная лампа обладает односторонней (униполярной) проводимостью и может служить для выпрямления тока. Такие лампы, предназначенные для выпрямления тока, получае мого от трансформатора или от динамомашин переменного тока, как уже упоминалось в предыдущем параграфе, называют кенотронами; двухэлектродные лампы, применяемые в радиоприёмниках для вы прямления высокочастотных токов, носят название диодных детек торов.