Вольт-амперная характеристика диода

Рис. 20.3

Вольт-амперной характеристикой диода называют за­висимость анодного тока от напряжения между анодом и катодом. Вид этой характеристики показан на рис. 20.3. Ход ее легко объяснить. Представим сначала, что напряжение на анод не подано (но анодная цепь замкнута, т. е. анод соеди­нен проводником с катодом). Часть электронов, вылетаю­щих из накаленного катода, сможет, несмотря на отсутствие ускоряющего поля, преодолеть отталкивающее действие пространственного заряда и добраться до анода. Отсюда они перейдут по проводу на катод, и в этой цепи непрерывно будет протекать ток, правда, очень слабый (точка В на графике). Этот ток полно­стью прекратится, если соз­дать между анодом и катодом хотя бы слабое тормозящее поле (точка А на графике). Если же включить анодную батарею так, чтобы поле, ею созданное, не тормозило, а, наоборот, ускоряло выле­тающие из катода электроны, то ток резко возрастет (точка С). По мере увеличения анодного напряжения доля элек­тронов, сумевших пробиться сквозь «электронное облако» к аноду, будет возрастать, а доля возвращающихся на катод электронов, соответственно, убывать (плотность простран­ственного заряда будет при этом уменьшаться). При доста­точно высоком напряжении ни один электрон, вылетевший из катода, не сможет вернуться в катод: число электронов, ежесекундно достигающих анода, сравняется в этом случае с числом электронов, ежесекундно покидающих катод (точка D на графике). Если повышать анодное напряжение сверх этой величины, ток расти уже не будет. Это явление называют «насыщением».

Явление насыщения свойственно не только электронным процессам. Вот простейший пример. Если увеличивать мощность насоса, подающего воду из родника, то количество воды, поступающее ежесекундно потребителю, будет возрастать лишь до тех пор, пока оно не сравняется с количеством воды, «эмиттируемой» родником.

Задача 20.2.Электрон со скоростью υ₀вылетает с катода лампы, выполненной в виде плоского конденса­тора. Потенциал анода через равные промежутки вре­мени Т меняет знак на противоположный, оставаясь внутри промежутка постоянным и равным ±U. Если заряд е, массу m электрона и расстояние L между электродами считать известными, то за какое время t электрон долетит до анода? Известно, что Т << t и на первом из промежутков времени потенциал анода по­ложителен.

Т, U, e, m, L, υ0	Решение. Электрон в течение времени Т движется с ускорением и к концу этого про-
t = ?

межутка времени приобретает скорость υ₀ + aТ, а через время 2Т после вылета скорость электрона падает до υ₀. График зависимости υ(t) представлен на рис. 20.4.

Путь, пройденный электроном за промежуток времени (0, 2Т), равен

.

Соответственно, средняя скорость за этот промежуток времени равна

.

Рис. 20.4

Ясно, что за большой промежуток времени t >> Т среднюю скорость можно приближенно считать равной . Время пролета от катода до анода равно

.

Ответ: .

СТОП! Решите самостоятельно: А2, В3, С3, С4.