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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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 = 0,

Ux — Ud) после

извлечения

квадратного

корня

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

хт _ /

V/.

1

+ з (

ит у/.

л ( Un

П7,

(3.190)

 

dac

\

I

)

L

\

Ud 1

\

ud

) .

 

Аналогично

для

поверхности

анода

= d&zi

=

^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 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 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)

\

 

 

 

 

 

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)

Wo /

Уд

 

б) от напряжений электродов и U0 или Uc

 

——=

/ (

при — = const.

(3.206)

In

V Ud I

 

1 6 6