Графически выраженная зависимость анодного тока диода от анодного напряжения при постоянном напряжении накала называется анодной характеристикой диода.
Графически выраженная зависимость анодного тока диода от напряжения накала при постоянном напряжении на аноде (величина которого достаточна для обеспечения режима насыщения) называется эмиссионной характеристикой диода.
 |
На рис. 11 представлена схема для снятия анодных и эмиссионных характеристик диода. При снятии анодных характеристик диода реостатом Р, включенным в цепь катода, устанавливают нужное напряжение накала, а с потенциометра П, подключенного к источнику анодного питания, подают на анод различные напряжения. Контроль за напряжением накала и напряжением на аноде ведется при помощи вольтметров V1 и V2. Рис.11. Схема для снятия характеристик диода. |
Анодный ток диода измеряют миллиамперметром. Перед включением схемы следует убедиться, что реостат накала полностью введен (напряжение на кала минимально), а движок потенциометра находится в нижнем положении, что соответствует отсутствию напряжения на аноде.
Электроны, вылетающие из разогретого катода, обладают различными скоростями и энергиями, поэтому они достигают анода даже в случае отсутствия на аноде анодного напряжения. Более того, незначительный анодный ток имеет место в диоде и при небольшом отрицательном напряжении на аноде. Это особенно заметно у диодов, имеющих малое расстояние между анодом и катодом. Поэтому ток во внешней цепи лампы можно свести к нулю, подав на анод отрицательное «запирающее» напряжение —Uа0, которое будет тем больше, чем выше температура катода.
На рис. 12 приведен ряд анодных характеристик диода («семейство характеристик»), снятых при различных напряжениях накала т. е. Iа = ƒ (Uа) при Uн = const. Их веерообразное расхождение объясняется тем, что с ростом Uн возрастает не только температура, но и эффективная поверхность излучающей части катода.
|
|
|
При малых напряжениях накала его эмигрирующая поверхность имеет неодинаковую температуру, так как держатели, пружины и токопроводящие проводники в местах крепления способствуют увеличенному теплоотводу. Поэтому увеличение накала равносильно переходу к катоду с большей температурой и с большей поверхностью. Рис. 12. Семейство анодных статических характеристик диода. |
В области насыщения также наблюдается веерообразное расхождение реальных характеристик, так как здесь с увеличением анодного напряжения напряженность поля у поверхности катода возрастает. Это сопровождается уменьшением работы выхода, а следовательно, и увеличением эмиссии. Особенно сильно указанное явление выражено у торнрованных и оксидных катодов. При увеличении напряженности поля на поверхности этих катодов, вследствие неоднородности активного слоя, возникают участки с повышенной эмиссией, что приводит к местным перегревам. Это следует учитывать при снятии характеристик лампы с оксидными катодами.
На рис. 13 показаны эмиссионные характеристики диода. Из их рассмотрения следует, что по мере увеличении напряжения накала пространственный заряд сильно возрастает. При этом происходит переход работы из режима насыщения в режим ограничения тока пространственным зарядом.
|
|
|
Тормозящее поле последнего настолько сильно действует на вылетающие из катода электроны, возвращая часть из них обратно, что анодный ток остается почти постоянным, несмотря на повышение температуры катода. Режим насыщения при меньших значениях Uа наступает соответственно при меньших значениях Uн. В приведенном на рисунке случае Uа1>Uа2>Uа5 Рис. 13. Семейство эмиссионных характеристик диода. |
Аналитическая зависимость анодного тока от анодного напряжения в режиме ограничения тока пространственным зарядом выражается законом степени 3/2 и записывается в следующей форме:
(13)
где А — коэффициент, прямо пропорциональный площади анода и обратно пропорциональный квадрату расстояния между электродами.
На рис. 12 пунктиром показана расчетная анодная характеристика диода. Расчетная или, как ее называют, теоретическая характеристика несколько отличается от реальной характеристики диода, так как при выводе формулы (13) предполагалась неограниченная эмиссионная способность катода, а также не учитывались начальная скорость электронов и неравномерность разогрева катода.
Эмиссионная характеристика, приведенная на рис. 13, начинается не из начала координат, так как при малых напряжениях накала (менее 15—20% номинального) эмиссия практически отсутствует (температура катода мала). При пониженном напряжении накала диод работает в режиме насыщения. По мере увеличения напряжения накала возрастает пространственный заряд и рост анодного тока замедляется.
Чем выше напряжение на аноде, тем больше протяженность участка характеристики, соответствующего режиму насыщения.
