Меню

Почему при малом анодном напряжении сила анодного тока

Почему при малом анодном напряжении сила анодного тока

Диод (рис. 87, а) представляет собой вакуумную электронную лампу с двумя электродами — анодом и катодом. Работа диода основана на явлении термоэлектронной эмиссии.

Электрод, который соединяется с отрицательным полюсом источника тока, называется катодом. Чтобы меньше тратить электрической энергии на образование электронного облака вокруг катода, его покрывают веществом (торием, окисью бария), имеющим малую работу выхода электронов (примерно 2*10 -19 дж). Для нормальной работы устройств с электронными лампами надо, чтобы катод все время излучал одинаковое количество электронов. Для этого его температура должна поддерживаться постоянной. При питании катода от гальванических элементов или аккумуляторов это условие выполняется, но при питании переменным током оно уже не может быть соблюдено, так как при этом температура накала катода будет испытывать изменения в соответствии с изменением тока, а вместе с этим изменится и количество испускаемых электронов. Данное обстоятельство не позволяло использовать переменный ток для питания устройств, испускающих электроны.

Рис. 87. Двухэлектродная лампа
Рис. 87. Двухэлектродная лампа

Изобретение подогревного катода дало возможность применять переменный ток для, питания электрических устройств, испускающих электроны. В подогревном катоде нить накала не является источником, излучающим электроны. Непосредственный излучатель электронов — цилиндрик из никеля, покрытый снаружи слоем окиси бария, стронция и кальция (слоем оксида). Этот цилиндрик изолирован от нити накала и лишь подогревается ею. Будучи нагретым, слой оксида начинает излучать электроны. У подогревного катода имеется три вывода — два от концов подогревающей нити и один от излучателя электронов (рис. 87, б). Электрод, соединяемый с положительным полюсом, называется анодом. Для полного использования электронного облака анод лампы делается такой формы, чтобы он полностью охватывал катод.

Выясним, как меняется сила тока в анодной цепи в зависимости от изменения напряжения между анодом и катодом. Соберем цепь из двухэлектродной лампы, батареи накала, миллиамперметра, вольтметра (для измерения напряжения между анодом и катодом) и подключим ее к зажимам источника постоянного тока электрораспределительного щитка (рис. 88, а).

Рис. 88. Снятие вольт-амперной характеристики диода
Рис. 88. Снятие вольт-амперной характеристики диода

Начиная с нуля, будем увеличивать анодное напряжение: 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 в. Анодный ток тоже соответственно будет увеличиваться: 0; 0,2; 0,5; 2,3; 4; 6; 7; 7,5 ма. Замечаем, что, начиная с некоторого напряжения, его дальнейшее увеличение не вызывает роста анодного тока. Полученную зависимость между анодным током Iа и анодным напряжением Ua изобразим графиком (рис. 88, б). График, показывающий зависимость силы анодного тока от анодного напряжения, называется вольт-амперной характеристикой двухэлектродной лампы.

С увеличением анодного напряжения усиливается и анодный ток в цепи, а затем, начиная с некоторого напряжения, он становится постоянным. Выясним причину такой зависимости. С увеличением напряжения усиливается и напряженность электрического поля между анодом и катодом, отчего возрастает количество электронов, попадающих из электронного облака на анод, что и вызывает рост анодного тока. Но при некотором напряжении анодный ток достигает максимальной силы Iн. Это наступает в тот момент, когда сила, действующая на электроны в поле между анодом и катодом, настолько возрастает, что все вылетевшие из катода электроны достигают анода. При этом исчезает электронное облако вокруг катода, которое препятствовало движению электронов к аноду. Дальнейшее возрастание тока невозможно, если температура накала не меняется. Наибольший анодный ток, который может быть при данном накале катода, называется током насыщения.

Рис. 89. Выпрямление переменного тока диодом
Рис. 89. Выпрямление переменного тока диодом

Если анод диода подключить к отрицательному полюсу источника, а катод — к положительному (см. рис. 86), то ток через лампу не идет: отрицательно заряженная анодная пластинка своим электрическим полем оттолкнет электроны, и внутри лампы цепь будет незамкнутой (рис. 89). Свойство диода пропускать ток только в одном направлении используется для выпрямления переменного тока. О выпрямлении тока мы судим по отклонению стрелки амперметра в одну сторону. Режим работы диода, например типа 5Ц4С, в качестве выпрямителя (в схеме выпрямителя он называется кенотрон) характеризуется следующими параметрами: напряжение накала 5 в, ток накала 2 а, выпрямленный ток 130 ма и анодное напряжение 450 в.

Читайте также:  Выдаваемая сила тока аккумулятора

Задача 29. Определить ускорение, время движения и конечную скорость электронов у анода, если у катода их скорость поступательного движения к аноду равна нулю, напряжение между катодом и анодом 300 в, а расстояние между ними 1 см. Электрическое поле считать однородным.

Из формулы l = vсрt время движения электрона от катода до анода где тогда Вычислим

Движение электрона к аноду равноускоренное, без начальной скорости, поэтому ускорение Вычислим

Отв.: а = 5*10 15 м /сек; t ≈ 2*10 -9 сек; v ≈ 10 7 м /сек.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Зависимость — анодный ток

Зависимость анодного тока от анодного напряжения при постоянном напряжении накала называют анодной или воль т-а мперной характеристикой диода. Связь между током и напряжением анодной цепи лампы не подчиняется закону Ома. [2]

Зависимость анодного тока от сеточного напряжения / при постоянном анодном напряжении называется анодно-сеточной характеристикой. Для снятия этой характеристики на сетку лампы подают такой отрицательный потенциал, при котором лампа заперта. Затем изменяют отрицательное сеточное напряжение через 1 — 2 в до нуля. [3]

Зависимость анодного тока от анодного напряжения при постоянном сеточном напряжении называется анодной характеристикой триода. Для снятия анодной характеристики поддерживают постоянным сеточное напряжение и изменяют анодное напряжение от нуля через 10 — 20 в до наибольшего допустимого для данной лампы. Показания приборов записывают в таблицу. По полученным данным строят характеристику. Таким же образом снимают характеристики при других значениях сеточного напряжения и получают семейство анодных характеристик. [4]

Зависимость анодного тока от анодного напряжения можно представить графически прямой, называемой н а-грузочной прямой. [6]

Зависимость анодного тока от анодного напряжения la ( Ua), называемая вольт-амперной характеристикой диода, показана на рис. 3.3. Ток эмиссии, а следовательно, и анодный ток можно увеличить, увеличив ток накала и тем самым повысив температуру катода. [8]

Зависимость анодного тока от приложенного анодного напряжения называется вольт-амперной характеристикой ( ВАХ) диода. [9]

Зависимость анодного тока от величины анодного напряжения, выраженная графически, называется характеристикой диода. По характеристике определяют параметры диода ( фиг. [11]

Зависимость анодного тока ( ia) от напряжения на управляющей сетке ( УС) является важнейшей характеристикой лампы. На рис. 121 в качестве примера приведена анодно-сеточная. [12]

Зависимость анодного тока от напряжения накала практического интереса не представляет, так как лампы обычно работают при постоянном, нормальном для каждого типа напряжения накале. [14]

Источник

§ 3.13. Трехэлектродная электронная лампа — триод

Устройство триода

Баллон, анод и катод вакуумного триода имеют такую же конструкцию, как и у диода, однако на пути электронов от катода к аноду (ближе к катоду) в триоде располагается третий электрод — сетка. Само название «сетка» указывает на то, что этот электрод несплошной и может пропускать электроны, движущиеся от катода к аноду. В большинстве электронных ламп сетка представляет собой укрепленный на стойках проволочный каркас в виде винтовой линии (рис. 3.36, а). Условное обозначение триода показано на рисунке 3.36, б.

Устройство триода

Сетка дает возможность управлять анодным током лампы. Сообщая сетке положительный относительно катода потенциал, создают между сеткой и катодом дополнительное электрическое поле, линии напряженности которого совпадают по направлению с линиями напряженности основного поля между катодом и анодом. Это дополнительное поле способствует «рассасыванию» электронного облака и увеличивает силу анодного тока лампы. Наоборот, сообщая сетке отрицательный относительно катода потенциал, получаем дополнительное поле, противодействующее основному полю, что повлечет за собой уменьшение силы анодного тока лампы. При определенном значении отрицательного потенциала сетки сила анодного тока может обратиться в нуль. В этом случае говорят: лампа «заперта».

Читайте также:  Ток потребления сверхяркого светодиода

Сеточная характеристика триода

График, выражающий зависимость силы анодного тока от потенциала сетки относительно катода, т. е. от сеточного напряжения, Ia = ƒ(Uc) при постоянном значении анодного напряжения Ua, называется сеточной характеристикой триода. Сеточная характеристика может быть получена опытным путем. Для этого пользуются установкой, схема которой изображена на рисунке 3.37.

Из сеточной характеристики, изображенной на рисунке 3.38, видно, что увеличение сеточного потенциала (относительно катода) ведет к увеличению силы анодного тока. При уменьшении потенциала сетки сила анодного тока, напротив, уменьшается. При потенциале Uз, называемом потенциалом запирания лампы, анодный ток прекращается (лампа запирается). Потенциал запирания зависит от устройства лампы и от анодного напряжения.

сеточной характеристикой триода

Из-за того, что сетка расположена на малом расстоянии от катода, изменение сеточного напряжения на величину ΔUc гораздо сильнее меняет напряясенность электрического поля, действующего на электронное облако у катода, чем изменение анодного напряжения на такую же величину. (Вспомните, что напряженность электрического поля Е при заданном напряжении обратно пропорциональна расстоянию: ) Соответственно одинаковые изменения силы анодного тока ΔIа достигаются при гораздо меньших (в несколько десятков раз) изменениях сеточного напряжения, чем анодного.

Источник



Опыты Франка и Герца

Идея Бора о стационарных состояниях атомов получила экспериментальное подтверждение в том же 1913г. в опытах Джеймса Франка и Густава Герца.

Опыты Франка и Герца начались до появления теории Бора и имели целью определение потенциалов ионизации. Но эти опыты принесли экспериментальное подтверждение постулатов Бора.

В этих опытах через исследуемый газ проходили электроны ускоренные электрическим полем. Схема установки Франка и Герца показана на рис. 1. Из стеклянной колбы, содержащей катод, сетку и анод, откачивался воздух, в колбу помещалось несколько капелек ртути. Затем колба помещалась в печь. При повышении температуры упругость паров возрастала. Эксперимент проводился при достаточно большом давлении насыщенного пара: порядка 25мм.рт.ст. Между катодом и сеткой прикладывалось ускоряющее напряжение, а между сеткой и анодом создавалось слабое тормозящее поле разностью потенциалов порядка 0,5 В. В эксперименте снималась зависимость анодного тока от ускоряющего напряжения.

Если бы в колбе поддерживался вакуум, то зависимость тока от ускоряющего напряжения была бы такой же, как в вакуумном диоде (рис. 2). При малых напряжениях из-за пространственного заряда ток увеличивался бы по закону трех вторых. При больших напряжениях наблюдался бы ток насыщения, не зависящий от напряжения. При наличии паров ртути или других газов, кривая имела ряд резко выраженных максимумов и минимумов тока (рис. 3). Для ртути интервал между максимумами или минимумами составлял 4,9 В. Такие максимумы и минимумы свидетельствуют о дискретном характере энергетических уровней атома.

Действительно, столкновения электрона с атомом могут быть как упругими, так и неупругими. При упругих столкновениях внутреннее состояние атома не изменяется, а поэтому кинетическая энергия электрона не тратится на его возбуждение. Она может частично передаваться атому, но доля эта чрезвычайно мала, поскольку масса атома ртути почти в 400000 раз больше массы электрона. Электрон при столкновении с атомом отражается от него как от неподвижной стенки. Пока энергия электрона меньше разности энергий первого возбужденного и основного состояний атома ртути столкновения происходят упруго, и электрон способен преодолеть слабое тормозящее электрическое поле между сеткой и анодом. Поэтому электрический ток плавно увеличивается с ростом ускоряющего напряжения. Но как только энергия электрона станет равной разности этих состояний ситуация резко изменится. Столкновения станут неупругими, и после передачи энергии атому электрон остановится, и преодолеть тормозящее поле между сеткой и анодом не сможет. Чем больше электронов совершат неупругие столкновения, тем сильнее уменьшается анодный ток. Если бы все электроны имели одинаковую скорость при вылете из катода, и каждый электрон совершил неупругое столкновение, то анодный ток обратился бы в нуль при выполнении равенства

Читайте также:  Электромеханические свойство двигателей постоянного тока

Реально же электроны при вылете из катода имеют различные значения кинетической энергии. Поэтому равенство энергии электрона энергии возбуждения атома для разных электронов наступает при разных напряжениях. Поэтому кривая сглаживается. Кроме того, часть электронов дойдет до анода не испытав неупругого столкновения. Это и объясняет, почему сила тока не уменьшается до нуля.

Если остаток энергии у электрона после столкновения достаточно большой, то он способен преодолеть тормозящее поле и попасть на анод. Поэтому с ростом ускоряющего напряжения сила тока снова возрастает.

При дальнейшем возрастании напряжения электрон может второй раз набрать энергию достаточную для возбуждения атома. При втором неупругом столкновении с атомом ртути он также потеряет свою энергию. Это приводит к появлению второго максимума и минимума на вольтамперной характеристике.

Наличие контактной разности потенциалов между катодом и сеткой несколько искажает показания вольтметра, смещая кривую вправо или влево. Однако, она не влияет на расстояние между максимумами (минимумами) на вольтамперной характеристике.

Для наблюдения Если упругость паров ртути не велика, то неупругого столкновения с возбуждением первого уровня может не произойти. Электрон будет ускоряться и увеличивать свою энергию, пока она не достигнет значения, достаточного для возбуждения второго энергетического уровня , третьего уровня и т.д.

Ускоряющие напряжения, соответствующие этим уровням, называются потенциалами возбуждения. На вольтамперной характеристике при этом появятся максимумы и минимумы, соответствующие этим потенциалам.

Однако в плотных газах этого не происходит. Дело в том, что для накопления нужной энергии электрон без неупругих столкновений должен пройти в ускоряющем поле расстояние, большое по сравнению с длиной свободного пробега между двумя последовательными неупругими столкновениями. Это условие в плотных газах не выполняется. Возбуждение более высоких энергетических уровней возможно при более низком давлении газа и более совершенной аппаратуре.

Чтобы повысить разрешающую способность установки и наблюдать максимумы, соответствующие более высоким энергетическим уровням, использовалась лампа с двумя сетками. Ускоряющее напряжение прикладывалось между катодом и первой сеткой, между сетками прикладывалось небольшое ускоряющее напряжение порядка , между второй сеткой и анодом прикладывалось тормозящее напряжение. Расстояние между катодом и первой сеткой было сделано минимальным, а между сетками достаточно большим. Этим достигалось то, что в первой области электроны ускорялись и не испытывали неупругих столкновений так как давление паров ртути снизили до . неупругие столкновения происходили в пространстве между сетками. Электрон, передавший свою энергию атому, не может набрать энергию достаточную для преодоления тормозящего поля, так как находится в слабом поле. Таким образом, удалось измерить второй потенциал возбуждения.

Опыты Франка и Герца подтверждают также и второй постулат Бора, т.е. правило частот. При ускоряющем напряжении меньше первого потенциала возбуждения 4,9 В пары ртути не светятся (нет возбужденных атомов). При повышении напряжения до 4,9 В появляются первые возбужденные атомы. При переходе этих атомов в основное состояние наблюдается свечение, состоящее из одной резонансной ультрафиолетовой линии с длиной волны . По длине волны резонансного излучения первый потенциал возбуждения можно определить значительно точнее из соотношения

Вычисления дают значение

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.004 с) .

Источник