Главная | Обратная связь

ВАХ диода с термокатодом без учета пространственного заряда

Вакуумный диод с термокатодом

Диодом называется устройство, пропускающее электрический ток только в одном направлении. Вольт-амперная характеристика идеального диода дана на рисунке. При отрицательном напряжении U

J

 

 

U

ток J равен 0. При достижении напряжением критического (нулевого) уровня диод резко открывается и пропускает сколь угодно большой ток.

 

ВАХ диода с термокатодом без учета пространственного заряда

 

Вакуумный промежуток между двумя электродами, один из которых нагрет до высокой температуры, обладает свойствами диода. При подаче положительного потенциала на холодный анод электроны, эмитируемые накаленным катодом, начинают двигаться в сторону анода и, таким образом, через промежуток течет ток, а при подаче на холодный электрод отрицательного потенциала эмитируемые электроны загоняются электрическим полем обратно в накаленный электрод, и ток через промежуток отсутствует. Однако ВАХ такого диода, разумеется, отличается от идеальной. Обсудим вид ВАХ вакуумного диода с термокатодом, причем сначала будем считать, что электроны подвергаются воздействию только внешнего электрического поля и пренебрежем электрическим полем, создаваемым самими движущимися электронами.

Пусть в плоскости х=0 расположен нагреваемый катод и каждую секунду с единичной площади вылетает n₀ частиц/сек×см², распределение которых по скоростям является односторонним максвелловским

f(0,v_х ) = , при . (1)

Плотность тока создаваемого этими частицами

j = e (2)

Используя известную формулу для тока термоэмиссии

(3)

можно получить выражение, связывающее величину n₀ и параметры катода

. (4)

При подаче положительного потенциала на анод, расположенный в плоскости x=d, все эмитируемые электроны попадают на него. При отрицательном напряжении только наиболее быстрые частицы, обладающие при вылете из катода энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, достигнут анода. Для этого должно быть выполнено условие или, соответственно, скорость частицы должна отвечать условию . Тогда плотность тока на аноде

j=e (5)

Мы получаем, что ВАХ вакуумного диода с термокатодом является затухающей экспоненциальной функцией при отрицательных напряжениях и константой j=en₀ при положительных напряжениях. Откладывая по оси ординат не j, а lnj имеем два прямолинейных участка.

lnj

 

U

 

Реальная ВАХ находится ниже (штриховая линия на рисунке), так как сделанное допущение о пренебрежимо малом влиянии пространственного заряда электронов справедливо лишь при больших отрицательных и больших положительных напряжениях. На рисунке же характеристика проходит и через область слабых полей, в частности, через точку U=0, когда внешнее поле никак не может считаться сильным, оно вообще отсутствует, и электрическое поле в промежутке создается только эмитированными электронами. Это и приводит к уменьшению тока, так как электроны, находящиеся в промежутке, создают в нем немонотонное распределение потенциала и отталкивают низкоэнергетичную часть эмитируемых электронов обратно в катод.