Курсовая работа: Исследование электровакуумного триода в рамках виртуального эксперимента

Положительное анодное напряжение у маломощных диодов составляет доли вольта или единицы вольт. У кенотронов средней мощности оно достигает десятков вольт, а у мощных кенотронов сотен вольт и более.

Условились принимать потенциал катода за нулевой, так как от катода электроны начинают свое движение. Потенциал любого электрода определяют относительно катода. У катода прямого накала за точку нулевого потенциала принимают минус источника накала.

Второй цепью диода является цепь накала. Она состоит из источника Е_н и подогревателя (или катода прямого накала) лампы. Ток накала обозначают I_н , а напряжение накала, т. е. напряжение между выводами подогревателя (или катода прямого накала) обозначают U_н Напряжение накала всегда низкое - единицы, реже десятки вольт. Ток накала обычно больше анодного тока. У маломощных ламп он составляет десятки миллиампер, а у мощных доходит до десятков и даже сотен ампер. Если напряжение Е_н выше нормального) напряжения накала лампы U_н то в цепь включают реостат или постоянный поглотительный резистор. Реостат применяют также для регулирования накала. Для контроля накала параллельно нити накала включают вольтметр.

Устройство и принцип работы триода

Триоды имеют третий электрод – управляющую сетку называемую обычно простой сеткой и расположенную между анодом и катодом. Она служит для электростатического управления анодным током. Если изменять потенциал сетки относительно катода, то будет изменяться электрическое поле и вследствие этого станет изменяться катодный ток лампы.

Катод и анод у триодов такие же как у диодов. Сетка у большинства ламп выполняется из проволоки.

Все, что относится к сетке, обозначается символами с индексом g (от английского слова grid - сетка).

Триод имеет цепи накала и анода, подобные таким же цепям диода, цепь сетки (рис 1). Цепь сетки состоит из промежутка катод-сетка внутри лампы и источника сеточного напряжения Е_g . В практических схемах в цепь сетки включают еще и другие элементы.

Разность потенциалов между сеткой и катодом называется сеточным напряжением (напряжением сетки) и обозначается и_g или U_g . При положительном напряжении сетки часть электронов попадает на сетку, и в ее цепи образуется сеточный ток (ток сетки), обозначаемый i_g или 1_g Часть триода, состоящая из катода, сетки и пространства между ними, подобна диоду.

Основным и полезным током в триоде является анодный ток. Он аналогичен коллекторному току биполярного транзистора или току стока полевого транзистора. Сеточный ток аналогичный току базы транзистора, бесполезен и даже вреден. Обычно он значительно меньше анодного тока. Во многих случаях сеточный ток уничтожают. Для этого напряжение сетки должно быть отрицательным. Тогда сетка отталкивает электроны. Возможность уничтожения вредного сеточного тока существенно отличает триод от биполярного транзистора, который всегда работает с током базы.

В проводе катода протекает суммарный ток, который называется катодным током

Катодный ток аналогичен эмиттерному току биполярного транзистора или току истока полевого транзистора. Напомним, что в диоде катодный ток всегда равен анодному току, а в триоде эти токи равны только при U_g < 0, так как в этом случае i_g = 0.

Подобно диодам триоды обладают односторонней проводимостью. Но для выпрямления переменного тока их применять нет смысла, так как диоды проще по конструкции и дешевле. Возможность управления анодным током с помощью сетки определяет основное назначение триодов - усиление электрических колебаний. Триоды применяются также для генерации электрических колебаний различной частоты. Работа триодов в генераторах и других специальных схемах в большинстве случаев сводится к усилению.

Электронная эмиссия.

Основным электродом каждого электровакуумного прибора является катод, эмитирующий электроны.

Электронной эмиссией называют процесс выхода электронов из твердых или жидких тел в вакуум или газ. Чтобы вызвать электронную эмиссию, надо сообщить электронам добавочную энергию, которую называют работой выхода. Работа выхода различна для разных металлов и составляет несколько электрон-вольт. Чем она больше, тем труднее вызвать электронную эмиссию. У металлов, имеющие большие по сравнению с другими межатомные расстояния, работа выхода меньше. К ним относятся щелочи и щелочноземельные металлы, например цезий, барий, кальций.

Рассмотрим основные виды электронной эмиссии.

Термоэлектронная эмиссия обусловлена нагревом тела, эмитирующего электроны, и широко используется в электронных приборах. С повышением температуры энергия электронов проводимости в проводнике или полупроводнике растет и может оказаться достаточной для совершения работы выхода. Если вылетевшие электроны не отводятся от эмитирующей поверхности ускоряющим полем, то около нее образуется скопление электронов («электронное облако»). В нем энергии электронов различны и некоторой средней энергией обладает наибольшее число электронов. Средняя энергия обычно составляет десятые доли электрон-вольта.

«Электронное облако» находится в динамическом равновесии. Новые электроны вылетают из нагретого тела, а ранее вылетевшие падают обратно. Явление термоэлектронной эмиссии напоминает испарение жидкости в замкнутом сосуде. Над такой жидкостью находится насыщенный пар. В нем энергии молекул различны и некоторой средней энергией обладает наибольшее число молекул. Насыщенный пар находится в динамическом равновесии с жидкостью: одни молекулы возвращаются в жидкость, а другие, получившие при нагреве достаточную энергию, вылетают из жидкости. Повышение температуры, начиная с некоторого её значение, вызывает резкое усиление эмиссии.

Электростатическая (или автоэлектронная) эмиссия представляет собой вырывание электронов сильным электрическим полем. Эту эмиссию иногда называют холодной.

Выход электронов из металлов при нормальной (комнатной) температуре происходит с помощью электрических полей с напряженностью не менее 10⁵ —10⁶ В/см.

Электростатическая эмиссия значительно усиливается при шероховатой поверхности, что объясняется концентрацией поля у микроскопических выступов этой поверхности. При наличии активирующих, особенно оксидных, покрытий электростатическая эмиссия также усиливается. Помимо уменьшения работы выхода, свойственного оксидному слою, здесь играют роль проникновение внешнего поля в полупроводниковый оксидный слой и шероховатость поверхности оксида.

Вторичная электронная эмиссия обусловлена ударами электронов о поверхность тела. Эти электроны называются первичными. Они проникают в поверхностный слой и отдают свою энергию электронам данного вещества. Некоторые из этих электронов, получив значительную энергию, могут выйти из тела. Такие электроны называются вторичными. Вторичная эмиссия обычно возникает при энергии первичных электронов 10-15 эВ и выше. Если энергия первичного электрона достаточно велика, то он может выбить несколько вторичных электронов.

Вторичная эмиссия характеризуется коэффициентом вторичной эмиссии σ, который равен отношению числа вторичных электронов n₂ к числу первичных n₂

Этот коэффициент может быть как меньше, так и больше единицы. Он зависит от вещества тела, структуры его поверхности, энергии первичных электронов, угла их падения и других факторов. Для чистых металлов максимальное значение σ бывает в пределах 0,5-1,8. Вторичная эмиссия наблюдается так же у проводников и диэлектриков.

Следует заметить, что прямой зависимости между коэффициентом вторичной эмиссии и работой выхода нет. Главную роль во вторичной эмиссии играет получение вторичными электронами энергии от первичных электронов и возможность продвижения вторичных электронов изнутри к поверхности без значительных потерь энергии. Эти процессы совершаются в глубине от поверхностного слоя вещества и зависят от его атомно-молекулярной структуры.