Статистические параметры электровакуумного диода
При рассмотрении реальных анодных характеристик диода мы видели, что зависимость анодного тока от напряжения на аноде значительно отличается от полукубической параболы (закон степени 3/2). Использование этого закона для практических расчетов схем на диодах и для сравнительной оценки качеств двухэлектродных ламп различных типов весьма неудобно. Обычно в инженерной практике анодные характеристики диода аппроксимируются более удобными аналитическими функциями: прямой линией, параболой, экспонентой и т. п.
Наиболее удобно оценивать анодную характеристику диода и его свойства с помощью статических параметров, кратко отображающих зависимость анодного тока от анодного напряжения при заданном режиме работы лампы.
Основными статическими параметрами диода являются: крутизна характеристики S, внутреннее сопротивление лампы или сопротивление переменному току Ri и сопротивление лампы постоянному току R0.
Крутизна характеристики лампы S отображает степень возрастания анодного тока при увеличении анодного напряжения. Поскольку анодная характеристика диода нелинейна, крутизна для различных точек характеристики различна. Для выбранной точки характеристики крутизна может быть определена как отношение приращения анодного тока вблизи точки А к соответствующему приращению анодного напряжения (рис. 11):
Рис. 11. Определение статических параметров.
. (26)
Истинное значение крутизны характеристики в точке А получится при 
и 
:
, ма/в. (27)
Таким образом, геометрически крутизна характеристики изображается тангенсом угла наклона касательной к анодной характеристике в данной точке. Крутизна характеристики имеет размерность проводимости и, поскольку анодный ток обычно измеряется в миллиампеpax, а анодное напряжение — в вольтах, выражается в миллиамперах на вольт.
Для идеальной характеристики значение крутизны можно получить дифференцированием закона степени 3/2:
. (28)
Это выражение полезно при расчете диодов и оценке крутизны в зависимости от конструкции лампы. Оно показывает, что крутизна характеристики увеличивается с увеличением эффективной поверхности анода и уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния катод — анод. Крутизна для диодов, обычно измеряемая в наиболее крутом участке характеристики, лежит в пределах l ÷ 6 ма/в.
Другим важным параметром диода является его внутреннее сопротивление — величина, обратная крутизне характеристики (рис. 11):
(29)
, ом (30)
Величина Ri позволяет рассматривать двухэлектрод-ную лампу как некоторое сопротивление протекающему через нее переменному току. Внутреннее сопротивление диодов лежит в пределах от нескольких сотен ом до 1 ÷ 2 ком.
При протекании через диод постоянного тока представляет интерес не отношение приращений тока и напряжения вокруг некоторой заданной точки, а сами токи и напряжения в этой точке. При этом совершенно безразлично, какова характеристика вблизи выбранной точки, так как постоянное напряжение и соответствующий ему ток неизменны. Поэтому сопротивление лампы постоянному току выражают как отношение напряжения к току в некоторой точке А характеристики (рис. 11):
, ом (31)
Геометрически величина сопротивления постоянному току отображается ctg β — угла наклона прямой линии, проведенной из начала координат в заданную точку.
В зависимости от того, на каком участке определяется R0, его величина может быть меньше или больше величины Ri. На восходящем участке характеристики Ri < Ro. Для идеальных характеристик, подчиняющихся закону степени 3/2, Ro с учетом (24) и (28) равно:
. (32)
Важным параметром диодов является допустимая мощность рассеяния на аноде. Рассматривая движение электронного потока от катода к аноду, мы до сих пор не интересовались дальнейшим превращением той кинетической энергии, которую приобретают электроны, движущиеся в ускоряющем анодном поле. Между тем при соударении электрона с поверхностью анода почти вся их кинетическая энергия превращается в энергию теплового движения электронов и атомов в толще самого анода. В результате получения этой энергии анод разогревается до значительных температур.
Величина получаемой анодом мощности равна:
, (33)
где n — число электронов, приходящих на анод в 1 сек; m — масса электрона; 
— скорость его движения. Используя выражение (8.2), получим:
Pа = neUа. (34)
Здесь произведение nе — величина приносимого в 1 сек на анод электричеокого заряда или анодный ток Iа.
Таким образом,
Pа = IаUа. (35)
Для определения возможных с точки зрения допустимой величины Ра значений тока в диоде кривую допустимой мощности рассеяния строят на вольт-амперной характеристике лампы (рис.12). Допустимые ре жимы работы лампы ограничиваются областью, лежащей ниже гиперболической кривой,
.
Полученную энергию анод рассеивает главным образом за счет лучеиспускания. Величина излучаемой телом мощности определяется законом Стефана-Больцмана:
, (36)
Где 
— коэффициент лучеиспускания;
— постоянная Стефана-Больцмана;
Т — температура;
Q — полная поверхность анода.
Увеличение температуры анода прекратится при установлении теплового баланса, когда получаемая энергия равна излучаемой:
.
Таким образом, величина Ра ограничивается допустимой температурой, значение которой зависит от ряда факторов. Прежде всего, следует указать, что температура анода не должна быть выше той: температуры, при которой происходило обезгаживание в лампе. В противном случае выделение остатков газа анодом может привести к нарушению работы прибора.
В результате лучеиспускания тепло разогретого анода частично сообщается катоду лампы. Перегрев катода, как уже отмечалось выше, вызывает увеличение эмиссии с отдельных участков, интенсивное испарение активирующего вещества и уменьшает срок службы катода.
Повышение допустимой мощности рассеяния при заданной температуре достигается применением анодов с увеличенной поверхностью, специальной обработкой поверхности, а также путем жидкостного или воздушного охлаждения.
Рис. 12. Кривая допустимой мощности рассеяния.
В маломощных лампах используются сетчатые аноды, а также аноды со специальными ребрами охлаждения, поверхность которых подвергается чернению, что увеличивает коэффициент лучеиспускания, равный для абсолютно черного тела единице. В более мощных лампах применяются медные аноды, охлаждаемые циркулирующей с внешней стороны жидкостью или же снабжаемые специальными воздушными радиаторами.
Дата добавления: 2015-04-07; просмотров: 2477;