Файл: Клейнер, Э. Ю. Основы теории электронных ламп учебное пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 157
Скачиваний: 0
где / — плотность «входящего» тока; Ci — постоянная интегрирования, которую находим из граничных условий 3,а и 3,6:
что при подстановке в (3.184) и извлечении квадратного корня дает -
Для повторного интегрирования разделим переменные и восполь зуемся подстановкой
Ф = у 7 л ; - у 7 7 ^ .
Тогда (3.185) принимает вид
откуда после интегрирования и возвращения к исходной переменной
Из граничного условия 3,а
В результате подстановки С2 в (3.186), возведения уравнения в квадрат, использования (2.7) и введения вместо / полного тока I полу чаем в качестве решения уравнения Пауссона
( * - * т )* = 2,33. 10-"-^- { У Т Г Х + 2V u J 2 { У и х - V T Q , |
(3.187) |
где F — поверхность' анода.
Для придания решению более удобной формы надо:
1)раскрыть скобки в правой части уравнения;
2)умножить и разделить правую часть уравнения на Щ*\
„3) разделить обе части уравнения на d2ac, где dac —'расстояние между анодом и сеткой;
4)- ввести вспомогательную величину
(3.188)
161
которую можно рассматривать как ток в некотором диоде, у которого
поверхность |
анода |
равна |
F , |
расстояние между |
анодом и |
катодом — |
|||||
da* и анодное напряжение — Ud. Тогда (3.187) |
принимает вид |
||||||||||
Х —Хп |
Л> |
|
и г |
+ |
и. |
ит |
V, |
|
|
(3.189) |
|
|
~ |
|
3 —— |
— 4 |
|
||||||
( |
I |
|
ий |
|
и* |
Ua |
|
|
|
|
|
Отсюда для |
плоскости сетки (х = 0, |
Ux — Ud) после |
извлечения |
||||||||
квадратного |
корня |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
хт _ / |
/о |
V/. |
1 |
+ з ( |
ит у/. |
л ( Un |
П7, |
(3.190) |
||
|
dac |
\ |
I |
) |
L |
\ |
Ud 1 |
\ |
ud |
) . |
|
Аналогично |
для |
поверхности |
анода |
(х = d&zi |
Uх = |
^а) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Urn |
(3.191) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ид 1 |
|
Складывая (3.190) |
и (3.191), получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.192) |
|
На основании |
этого |
уравнения можно построить графики |
—— = |
|||||||
|
|
= f (///0) |
|
|
|
|
Ud |
|||
|
|
при UJUд в качестве |
||||||||
|
|
параметра и затем |
на основа |
|||||||
|
|
нии |
(3.190)-----*2- |
= |
/(///„) |
|||||
|
|
при |
UJUd в |
dac |
|
пара |
||||
|
|
качестве |
||||||||
|
|
метра |
(рис. |
|
3.47). |
Кривая |
||||
|
|
^ |
= |
/(///„) |
при |
и а/ и д = |
||||
|
|
ud |
|
|
|
|
|
|
собой |
|
|
|
— const представляет |
||||||||
|
|
замкнутую линию, |
имеющую |
|||||||
|
|
точки |
с |
горизонтальной |
и с |
|||||
|
|
вертикальной |
|
касательными. |
||||||
|
|
Но не на всем протяжении |
||||||||
|
|
эта кривая соответствует |
ре |
|||||||
|
|
альным условиям в лампе. |
||||||||
|
|
Для каждого значения UJ U a |
||||||||
|
|
область |
значений |
///„, |
при |
|||||
|
|
которых между |
анодом и сет |
|||||||
|
|
кой существует, минимум по |
||||||||
|
|
тенциала, отличный от нуля, |
||||||||
|
|
ограничена со стороны*ма- |
||||||||
|
|
лых |
|
значений |
///„, |
когда |
||||
Рис. 3.47. Диаграмма для |
определения вообще нет минимума (грани |
|||||||||
U т |
и хт |
чная кривая |
А ) , и со стороны |
больших значений ///„, когда возникает виртуальный катод (гранич ная кривая В).
Уравнение кривой А определяется из условия, что в граничном случае минимум находится на поверхности анода, т. е. что хт = dac и Um — Ua. Подставляя эти значения в (3.190) получаем для кривой А
(3.193)
Переход к виртуальному катоду происходит в точке, в которой кри вая = / (-j—j имеет вертикальную касательную. Этой точке
соответствует максимальное значение ///„, возможное по уравнению Пуассона при данных граничных условиях и данном отношении U JU g. Если путем уменьшения /0 увеличивать отношение токов ///„ сверх этого значения, то условия становятся неустойчивыми, потенциал в минимуме скачком падает до нуля, возникает виртуальный катод и часть электронов начинает двигаться обратно к сетке. Это верхнее граничное значение II1й определяется из условия вертикальности ка сательной
d (U m/U d)
Дифференцируя (3,192) по Um/U0, получаем для граничной кри-
Графиком рис. |
3.47 |
можно воспользоваться для |
определения Um |
||||||||||
и хт и при |
U JU d > 1. |
Для |
этого |
нужно только поменять местами |
|||||||||
U |
и Uc, вместо хт ввести daz — Хт и под /0 понимать величину |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
/0_= 2,33 • Ю"в— |
[А]. |
|
(3.195) |
||||
Правомерность |
|
такой |
|
йас |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
замены |
объясняется |
тем, |
|
|
|
|
|
||||||
что |
величина |
пространст |
|
|
|
|
|
||||||
венного |
заряда |
совершен |
|
|
|
|
|
||||||
но не зависит от того, |
в ка |
|
|
|
|
|
|||||||
ком направлении движутся |
|
|
|
|
|
||||||||
создающие его |
электроны. |
|
|
|
|
|
|||||||
На основании приведен |
|
|
|
|
|
||||||||
ной |
теории |
и |
диаграммы |
|
|
|
|
|
|||||
рис. |
3.47 |
можно |
указать, |
|
|
|
|
|
|||||
какие факторы способству |
|
|
|
|
|
||||||||
ют |
углублению минимума |
|
|
|
|
|
|||||||
потенциала |
и возникнове |
|
|
|
|
|
|||||||
нию виртуального |
катода. |
|
|
|
|
|
|||||||
При прочих равных усло |
|
|
|
|
|
||||||||
виях глубина |
минимума |
Рис. |
3.48. |
Распределение |
потенциала |
||||||||
становится |
тем |
больше, |
|||||||||||
между |
сеткой |
и анодом |
при |
различных |
|||||||||
т. е. |
1)т тем меньше: |
|
|
расстояниях сетка — анод |
а) чем больше входящий ток I (см. рис. 3.45); б) чем меньше U .
С уменьшением и а почти пропорционально уменьшается отношение UJ U 0, так как Uд при положительных Uct особенно когда UJ U д< \, мало зависит от Uа. По этой же причине и / 0 мало изменяется с Uа. Тогда в диаграмме рис. 3.47 точка-/" характеризующая глубину мини мума, при изменении Uа и неизменности величин Uc, / и dac будет пе ремещаться по вертикальной линии, соответствующей заданному зна чению ///о. Как следует из рисунка, с уменьшением Uя уменьшается
иUm, т. е. минимум становится глубже; в) чем больше dac (рис. 3.48). •
Согласно (3.188) с ростом dac уменьшается /0 и растет при заданном значении / отношение ///0.'С увеличением dac в диаграмме рис. 3.47 точка минимума при неизменных U (/с и I будет передвигаться впра во вниз по кривой UJUd — const.
3.9.3. Распределение потенциала между сеткой и анодом при наличии виртуального катода
Как уже указывалось, «входящий» ток I при наличии виртуального
катода разделяется на прямой / а и обратный / св. |
Так как потенциал |
|||||||
в плоскости |
|
виртуального |
катода |
|||||
равен нулю, |
|
то |
промежутки меж |
|||||
ду ним и анодом с одной стороны, |
||||||||
и сеткой — с |
другой, |
можно |
рас |
|||||
сматривать |
как диоды, токи в ко |
|||||||
торых |
определяются |
законом |
сте |
|||||
пени |
3/2. |
В |
соответствии |
с |
этим |
|||
можно написать |
для / а (рис. |
3.49) |
||||||
/ а = 2,33 |
• |
10-" |
(4ас |
хт)~ |
|
[А]. |
||
|
|
|
|
|
(3.196) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.49. Движение электронов (а)
и распределение потенциала (б)
между сеткой и анодом при нали чии виртуального катода (стрелки в а) указывают направление движения электронов)
Для / св уравнение более слож ное, так как объемный заряд меж ду минимумом и сеткой создается не только потоком электронов,
?ДУЩИХ°бРаТН0 К СеТКе- Т' е‘ Т0К0М
‘ НО и электронами, движущимися в прямом направлении, т. е.
током / (объемный заряд в какойлибо точке пространства определя ется общим числом находящихся здесь электронов независимо от
направления их движения). Тогда для промежутка виртуальный катод — сетка
164
/ + / св = 2,33 • Ю_в— U 'l * [А], |
(3.197) |
или с учетом (3.182)
2/ — / а = 2,33 • 10-“ - J - U^' [А]. |
(3.198) |
Делением на (3.188) уравнения (3.196) и (3.198) приводятся к без размерному виду:
А _ ^= |
1 |
|
/ |
Ua У/. |
(3.199) |
Io |
(1 — xm/dас)а |
\ |
Ud / |
|
|
2/____ / а . |
/ |
^ас |
|
(3.200) |
|
/о |
^о |
\ |
|
|
|
|
|
|
Путем совместного решения этих уравнений можно построить завш симости
- Ь - = |
f [ - — \ ПРИ |
—^ в качестве |
параметра, |
(3.201) |
/0 |
V/о / |
^0 |
|
|
■Ihl. — / f — 'j при |
в качестве |
параметра. |
(3.202) |
|
^ас |
\ 7о / |
^ 0 |
|
|
На рис. 3.50 показаны такие кривые для НJ U g = 0.5 и 1. Они состоят из двух ветвей, причем нижние ветви кривых / а//„ соответствуют нижним вет вям кривых XnJdac, верхние — верхним. На верхних ветвях / а с ростом I р'астет, на нижних— уменьшается. Падающий ха рактер этих ветвей связан с тем, что с ростом I уменьшается хт и за счет этого увеличивается рас стояние от виртуального катода
до анода. |
■верхних |
ветвей |
||||
|
Участки |
|||||
функций |
(3.201), |
на |
которых |
|||
/ а/ / 0 > |
///о, |
очевидно физичес |
||||
ки |
нереальны, |
так как / а не |
||||
может быть |
больше, чем /. Вы |
|||||
ше наклонной |
прямой |
/ а//„ = |
||||
= |
1/10 виртуальный |
катод, сле |
||||
довательно, |
существовать не мо |
жет. Значение / / /0 в точке пере
сечения кривых |
(3.201) с прямой |
I J I о — Ш 0 можно найти совмес |
|
тным решением |
(3.199) и (3.200), |
полагая I a = I. |
Если значения |
Рис. 3.50. Зависимости / а//0 = И(JIU) (а) и xm/dac= f, (///„) (б) при наличии
виртуального катода
165
/ а/ / 0 в этой |
точке обозначить индексом С, то получаем для зави |
||||||
симости I-^-7 |
= |
/ ( |
|
|
|
|
|
Wo Ус |
\ и д ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 + |
ид ) . |
|
|
(3.203) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Эта зависимость на рис. 3.47 представлена кривой С. |
|
||||||
Кроме этого ограничения |
имеется |
еще |
другое |
ограничение для |
|||
возможности |
существования |
виртуального |
катода. |
Кривые |
(3.201) |
||
и (3.202) в точках D (см. рис. 3.50) |
имеют экстремум, который при |
||||||
U JU d > 1 лежит выше прямой / а/ / 0 = ///„, |
при |
0 a/Ug < |
1 — ни |
||||
же нее, а при |
Ua/Ud= 1—на |
ней. Значение ///„ в точке D обозначим |
|||||
индексом D. При |
///„ < |
виртуальный катод существовать не |
может, так как для таких значений ///0 отсутствует решение уравне ний (3.199) и (3.200). Значение (///0)о можно получить из условия, .что в точке D касательная к кривой (3.201) должна быть вертикальной
<*(/// о) 4 ( / а / / о )
На основании этого условия из (3.199) и (3.200) для зависимости
(I/I0)d = f{Ua/Ud) находим
(3.204)
Эта зависимость представлена на рис. 3.47 кривой D. Она идет
левее кривой С и пересекается с ней на кривой для UJUd = 1, т. |
е. |
|
при |
///„ = 4. Ее абсциссы составляют половину абсцисс кривой |
В |
при |
том же значении UJUd. |
|
Если отбросить предпосылку, что начальные скорости электронов при выходе из катода лампы равны нулю, и считать, что за счет своих начальных скоростей энергии электронов при прохождении плоскости сетки в среднем несколько больше eUd, то потенциал в плоскости вир туального катода будет слегка отрицательным в соответствии с глуби ной минимума потенциала перед истинным катодом лампы.
3.9.4. Характеристики прохождения параллельного потока электронов через пространство сетка— анод
Под характеристиками токопрохождения через пространство сетка—. анод будем понимать представленные в безразмерном виде зависимости анодного тока I а:
а) от «входящего» тока I |
|
|
|
— = 7 ( т - ) |
ПРИ ТГ" = const> |
(3.205) |
|
'о |
Wo / |
Уд |
|
б) от напряжений электродов Uа и U0 или Uc |
|
||
——= |
/ ( |
при — = const. |
(3.206) |
In |
V Ud I |
Iо |
|
1 6 6