Далее: 3.2.  Описание экспериментальной установки Вверх: 3.  Лабораторная работа №13. Назад: 3.  Лабораторная работа №13.

3.1.  Краткая теория

Электронными лампами называются электронно-вакуумные приборы, работа которых основана на взаимодействии потока электронов с электрическим полем в вакууме при давления порядка $10^{-15}-10^{-6}$ мм рт. ст.

Рис. 1.4 [Устройство диода
и его условное обозначение]

Диодом называется электронная лампа, имеющая два электрода: анод и катод. На рис.1.4 показано устройство диода и его условное обозначение. Катод выполнен из вольфрамовой проволоки П-образной формы, к которой для ее подогрева подводится напряжение накала. Анод -- полый металлический цилиндр. Существуют и другие конструкции диодов.

Работа катода основана на явлении термоэлектронной эмиссии, то есть испускании электронов из нагретого до определенной температуры металла. При этом электроны, покинувшие металл, обладают разной кинетической энергией. Различно и число электронов, имеющих ту или иную энергию.

Характер движения электронов в междуэлектродном пространстве диода определяется структурой электрического поля и, следовательно, распределением потенциала в нем.

На риc.1.5 показаны три возможных случая такого распределения.

Рис. 1.5 [Структура электрического пола в диоде
$U_{\displaystyle a}$ - анодное напряжение,
$I_{\displaystyle a}$ - анодное ток,
$U_{\displaystyle \text{н}}$ - напряжение накала катода,
$I_{\displaystyle\text{н}}$ - ток накала,
$I_{\displaystyle e}$ - ток эмиссии катода,
$\vec{E}$ - напряженность электрического поля,
- электрон с большой и малой энергиями соотвественно]

Анодный ток в лампе обусловлен движением электронов от катода к аноду.

Между катодом и анодом возможно возникновение потенциального барьера ($U_K$), создаваемого пространственным отрицательным зарядом, которым обладает электронный поток лампы.

На рис.1.5А показан случай отсутствия потенциального барьера ($U_K=0$) в пространстве "анод-катод" лампы. Электрическое поле для электронов всюду ускоряющее, поэтому, независимо от величины начальной энергии, любой электрон, эмитированный катодом, летит к аноду. Анодный ток лампы в этой случае достигает максимально возможной величины ( $I_{\displaystyle a max}$), равной току эмиссии: $I_{\displaystyle a} =I_{\displaystyle e}=eN$.

При наличии потенциального барьера (рис.1.5Б) не все электроны способны долетать до анода. Электроны, энергия которых $U\geq U_К$, способны преодолеть тормозящее электрическое поле потенциального барьера и попасть в область с ускоряющим электрическим полем. Именно эти электроны и создают анодный ток лампы, который будет меньше тока эмиссии, так как остальные электроны, энергия которых $U<U_К$, возвращаются на катод.

Анодный ток лампы $I_{\displaystyle a}=eN_{\displaystyle a}<I_{\displaystyle e}$. При этом на катод возвращается $N_K$ электронов. Ток, создаваемый этими электронами: $I_K=eNk$. Если же $U_K\geq U_{\displaystyle max}$ (рис.1.5В), то тормозящее электрическое поле потенциального барьера электроны преодолеть не могут и анодный ток лампы отсутствует ( $N_{\displaystyle 4}=0, I_{\displaystyle a}=0$). Таким образом, диод обладает односторонней проводимостью.

Зависимость анодного тока лампы от анодного и накального напряжения выражается двумя характеристиками лампы:

1. Анодная характеристика диода есть зависимость анодного тока от анодного напряжения при постоянном напряжении тока, то есть
   
   $$I_{\displaystyle a}=I_{\displaystyle a}(U_{\displaystyle a})\qquad\text{при } U_H=const .$$
   
   

2. Накальная характеристика диода есть зависимость анодного тока лампы от накального напряжения при постоянном анодном напряжении, то есть
   
   $$I_{\displaystyle a}=I_{\displaystyle a}(U_H)\qquad\text{при } U_{\displaystyle a}=const .$$
   
   

В качестве примера рассмотрим анодную характеристику диода (рис.1.6).

Рис. 1.6 [Анодная характеристика диода]

Накальная характеристика диода выглядит аналогично.

Далее: 3.2.  Описание экспериментальной установки Вверх: 3.  Лабораторная работа №13. Назад: 3.  Лабораторная работа №13.