Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Что такое вакуум? — это такая степень разрежения газа, при которой соударений молекул практически нет;

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

— электрический ток невозможен, т.к. возможное количество ионизированных молекул не может обеспечить электропроводность; — создать эл.ток в вакууме можно, если использовать источник заряженных частиц;

  • — действие источника заряженных частиц может быть основано на явлении термоэлектронной эмиссии.
  • Термоэлектронная эмиссия

— это испускание электронов твердыми или жидкими телами при их нагревании до температур, соответствующих видимому свечению раскаленного металла.

Нагретый металлический электрод непрерывно испускает электроны, образуя вокруг себя электронное облако.

В равновесном состоянии число электронов, покинувших электрод, равно числу электронов, возвратившихся на него ( т.к. электрод при потере электронов заряжается положительно).

  1. Чем выше температура металла, тем выше плотность электронного облака.
  2. Вакуумный диод

Электрический ток в вакууме возможен в электронных лампах. Электронная лампа — это устройство, в котором применяется явление термоэлектронной эмиссии.

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Вакуумный диод — это двухэлектродная ( А- анод и К — катод ) электронная лампа. Внутри стеклянного баллона создается очень низкое давление

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Н — нить накала, помещенная внутрь катода для его нагревания. Поверхность нагретого катода испускает электроны. Если анод соединен с + источника тока, а катод с -, то в цепи протекает постоянный термоэлектронный ток.

Вакуумный диод обладает односторонней проводимостью. Т.е. ток в аноде возможен, если потенциал анода выше потенциала катода. В этом случае электроны из электронного облака притягиваются к аноду, создавая эл.ток в вакууме.

Вольтамперная характеристика вакуумного диода.

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

При малых напряжениях на аноде не все электроны, испускаемые катодом, достигают анода, и электрический ток небольшой. При больших напряжениях ток достигает насыщения, т.е. максимального значения. Вакуумный диод используется для выпрямления переменного тока.

Ток на входе диодного выпрямителя:

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Ток на выходе выпрямителя:

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

  • Электронные пучки — это поток быстро летящих электронов в электронных лампах и газоразрядных устройствах.
  • Свойства электронных пучков:
  • — отклоняются в электрических полях; — отклоняются в магнитных полях под действием силы Лоренца; — при торможении пучка, попадающего на вещество возникает рентгеновское излучение; — вызывает свечение ( люминисценцию ) некоторых твердых и жидких тел ( люминофоров );
  • — нагревают вещество, попадая на него.
  • Электронно — лучевая трубка ( ЭЛТ )
  • — используются явления термоэлектронной эмиссии и свойства электронных пучков.

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

ЭЛТ состоит из электронной пушки, горизонтальных и вертикальных отклоняющих пластин-электродов и экрана. В электронной пушке электроны, испускаемые подогревным катодом, проходят через управляющий электрод-сетку и ускоряются анодами.

Электронная пушка фокусирует электронный пучок в точку и изменяет яркость свечения на экране. Отклоняющие горизонтальные и вертикальные пластины позволяют перемещать электронный пучок на экране в любую точку экрана.

Экран трубки покрыт люминофором, который начинает светиться при бомбардировке его электронами. Существуют два вида трубок: 1) с электростатическим управлением электронного пучка (отклонение эл. пучка только лишь эл.

полем); 2) с электромагнитным управлением ( добавляются магнитные отклоняющие катушки ). Основное применение ЭЛТ: кинескопы в телеаппаратуре; дисплеи ЭВМ;

электронные осциллографы в измерительной технике.

Следующая страница «Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза» Назад в раздел «10-11 класс»

Электрический ток в различных средах — Класс!ная физика

Электронная проводимость металлов. Зависимость сопротивления проводника от температуры. Сверхпроводимость — Электрический ток в полупроводниках. Р-n переход.

Полупроводниковые приборы — Электрический ток в вакууме. Вакуумный диод. Электронно-лучевая трубка — Электрический ток в жидкостях.

Закон электролиза — Электрический ток в газах — Контрольные вопросы к зачету по теме: Электрический ток в различных средах

Источник: http://class-fizika.ru/10_11.html

Эмиссия электронов в вакууме для создания электрического тока

1001student.ru > Физика > Эмиссия электронов в вакууме для создания электрического тока

Направленное движение электронов под действием собирающей их силы называют электрическим током. Вакуум — это пространство, состоящее из газа, давление которого ниже атмосферного. По сути, это диэлектрик, но существует условие, при котором даже в нём может появиться ток. Вызывается он эмиссией, явлением, широко используемым в ламповой электронике.

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Основные понятия

С первого взгляда кажется, что ток и вакуум — это несовместимые понятия. Ведь в диэлектрике упорядоченное движение зарядов невозможно. Но на самом деле это не совсем так. Чтобы понять, почему же возникает проводимость в вакууме нужно изучить природу возникновения тока и что представляет собой газовое пространство с давлением ниже атмосферного.

В любом теле существуют частицы. Они могут находиться в свободном состоянии или быть привязаны к атому. Те и другие обладают определённым зарядом. Первые хаотично передвигаются в теле, компенсируя перемещение зарядов. Но если к материалу приложить силу, которая заставит носителей заряда двигаться в одном направлении, то возникнет электрический ток.

Его сила определяется количеством частиц прошедших через поперечное сечение тела за единицу времени. Измеряется она в амперах. Носителями зарядов могут быть:

  • протоны;
  • ионы;
  • электроны;
  • дырки.

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Любое физическое тело состоит из молекул. Формируют их атомы, вокруг которых вращаются электроны. При химической реакции или внешнем воздействии электромагнитных полей происходит перемещение электронов.

Они выбиваются или притягиваются другим телом, испытывающим недостаток в элементарных частицах. В результате возникает ток.

Его направление совпадает с напряжённостью поля, формирующего движение частиц и создающего электричество.

Вакуум по определению представляет собой пространство, в котором нет вещества. Физики им называют среду, заполненную газом давление, которого меньше атмосферного. Воздух состоит из молекул, которые, двигаясь хаотично, сталкиваются друг с другом и различными препятствиями. Расстояние, которое молекула преодолевает после удара, называют длиной свободного пробега.

Если воздух заключить в сосуд и из него выкачивать воздух, то наступит такой момент, при котором молекулы не будут испытывать столкновение. То есть их свободный пробег будет определяться размерами ёмкости. Таким образом, хоть в сосуде и создался вакуум, некоторое количество молекул в среде останется.

Откачать же все частицы практически невозможно. Может только образоваться так называемый глубокий вакуум, в котором частичка практически не встречает сопротивление движению.

Отсюда следует, что при меньших размерах сосуда вакуум создаётся при большем давлении газа, чем в большой замкнутой ёмкости.

Возникновение тока в вакууме

В газах электрический ток может возникнуть при разряде. Называют его кратковременным. Чтобы он мог поддерживаться необходимо воздействие электрической силы и присутствие носителей заряда.

Поле создаёт тела, отличающиеся по знаку заряда. Молекулы в обычной среде — изоляторы. Но если изменить условия они становятся проводниками.

При увеличении температуры или воздействии радиации происходит ионизация.

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Это эндотермический процесс, при котором из нейтронов или молекул появляются ионы. С физической точки зрения, для этого необходимо получение частицей энергии достаточной, чтобы преодолеть потенциальный барьер. Появление свободных частиц при нагревании среды называют термоэлектронной эмиссией. При ней электроны покидают металл, называют их термоэлектронами.

Это явление можно наблюдать при опыте. Впервые его провёл Томас Эдисон. Заключался он в следующем. Две пластины располагались в вакуумной камере. Их наружно соединяли между собой токопроводящей шиной. В разрыв подключали электрометр. В обычном состоянии стрелка прибора показывала ноль. Как только одну из пластин нагревали, стрелка отклонялась.

Физики объяснили это явление, проведя аналогию с испарением воды. Как при нагреве воды испускаются её молекулы, так и разогретый металл излучает электроны. В результате проявляется электронное облако.

Для того чтобы появилась электропроводность, создаётся пучок электронов. Чтобы появился направленный пучок, в металле к которому идут разогнанные электроны, делают отверстие.

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Для термоэлектронного тока существует такое понятие, как сила насыщения. Определяется она максимальным значением.

При этом все электроны, излучающиеся с поверхности, попадают в облако и достигают противоположной пластины — анода.

Плотность насыщения находится по формуле Ричардсона — Дэшмана, полученной на основе квантовой статистики: jн = C * T * 2 * e-A/(kT). Здесь A — работа выхода, T — температура нагрева, С — справочная величина.

Следует отметить, что с ростом температуры число носителей зарядов, кинетическая энергия теплового движения которых больше работы выхода, растёт, а процесс термоэлектронной эмиссии проявляется заметнее.

Применение явления

Термоэлектронная эмиссия нашла широкое применение при производстве различных электронных приборов. В частности, эффект возникновения тока используется в электронных лампах и микроскопах, рентгеновских установках.

Применяется он и в радиотехнике, автоматике, телемеханике, в приборах, предназначенных для выпрямления, усиления, генерирования сигналов. Простейшим устройством является двухэлектродный вакуумный диод.

В его состав входит:

  • баллон с откаченным газом;
  • анод — проводящая пластина;
  • катод — излучающий электрод.

Давление в вакууме составляет 10-6—10-7 миллиметров ртутного столба. Катод выполняется в виде нити накала, а анод — петли. Излучающий электрод изготавливается из металлического цилиндра, покрытого слоем оксидированного щёлочноземельного металла.

Изготовление термокатода позволило создать электронно-лучевую трубку, работающую на принципе протекания электрического тока в вакууме. Кратко работу ЭЛТ можно описать следующим образом.

На электронную пушку (катод) подаётся напряжение, она разогревается и начинает испускать электроны. На противоположной стороне находится анод, притягивающий заряд.

Электроны фокусируются линзой, и сформированный пучок с помощью отклоняющих пластин направляется на экран.

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Вакуумные диоды, в отличие от полупроводниковых не имеют обратного тока. Если их подключить в неправильной полярности, то ток идти не будет, в то время как у кремниевых или германиевых он, хоть и небольшой, присутствует.

Читайте также:  Образец согласия на подключение к газопроводу

При этом «электра» приборы, работающие на термоэлектронной эмиссии, выигрывают у своих полупроводниковых аналогов в скорости. Под действием ускорения электроны достигают ускорения порядка шести тысяч километров в секунду.

Если катод нагреть до определённой температуры и поддерживать её постоянной, то вольт-амперная характеристика будет нелинейной. Следовательно, закон Ома работать не будет. Правило, описывающее зависимость анодного тока от напряжения, при малых значениях потенциала называется законом трёх вторых.

Согласно ему ток равен: I = B * U3/2. Причём B, параметр, который зависит от размеров электродов и их расположения относительно друг друга.

Решение задач

В школьных конспектах и рефератах можно встретить задания, связанные с появлением тока в вакууме. Эти задачи позволяют школьникам старших классов закрепить пройденный материал и понять практическое применение эффекта.

  • Вот три из них, рассчитаны на учеников десятого класса:
  • Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках
  • Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках
  1. Объяснить причину уменьшения напряжения при увеличении силы тока во время возникновения дугового разряда. Для утверждения верности сказанного нужно рассуждать так. При возрастании силы тока увеличивается термоэлектронная эмиссия с катодного вывода. В результате количество носителей заряда увеличивается. В свою очередь, это приводит к уменьшению сопротивления участка между электродами. Снижение сопротивления происходит быстрее по сравнению с увеличением силы тока. То есть в вакууме нарушается линейность, установленная законом Ома, а значит и напряжение уменьшается.
  2. Какими заряженными частицами создаётся ток в вакууме? Так как вакуум является диэлектриком, то он не содержит частицы, которые могли бы проводить электричество. Для возникновения тока необходимо введение в среду дополнительного материала способного испускать заряды. При нагревании происходит эмиссия электронов с поверхности. Поэтому только электроны способны участвовать в переносе заряда.
  3. Доказать, что при упругом столкновении молекулы и электрона энергии передаётся меньше, чем при неупругом. Так как при прямолинейном ударе справедлив закон сохранения энергии, то верным будут равенства: mV2 / 2 = mV2 э / 2 + mV2м / 2; mV2 = mV2э + mV2м, где m — массы частиц, а v — их скорости, полученные после удара. Эти уравнения можно свести в систему и решить их относительно Vэ и Vм. В итоге получится равенство: Vм = (2 * m * V) / (mэ + mм). Отсюда можно сделать выводы:
  • Энергия, полученная молекулой , будет равна: W = mV2м / 2 = (mV2 / 2) * ((4 m * m э) / (m э+ m))2. Учитывая, что me значительно меньше m, то массой электрона можно пренебречь. Поэтому W = (4mэ * mэ * V2 ) / m * 2. Из этого следует, что молекуле передаётся небольшая часть энергии.
  • При неупругом столкновении действует закон сохранения импульса. Электрон отдаёт весь заряд: w = mV2 / 2.

Таким образом, движение электронов в вакууме, по сути, является разновидностью электрического тока. Получить его, возможно, лишь поместив в среду нагреваемый катод. Именно он и будет источником испускания электронов.

Поле, возникшее между катодом и анодом, сообщит частицам скорость и определит их направление.

Источник: https://1001student.ru/fizika/emissiya-elektronov-v-vakuume-dlya-sozdaniya-elektricheskogo-toka.html

Все что нужно знать о вакуумном диоде

Собирая различные электрические приборы в своей домашней лаборатории, многие люди не только экономят деньги на приобретении новой техники, но и чинят вышедшие из строя электроизделия.

Для полноценной работы многих приборов требуются диоды, которые сегодня представлены самыми разнообразными экземплярами.

В сегодняшней статье речь пойдет о таком элементе, которые довольно часто встречается в электрических схемах – вакуумный диод.

Чтобы правильно использовать такую детальку, необходимо знать ее устройство, а также какая схема и принцип работы для нее характерны. Обо всем этом вы узнаете из этой статьи.

Что представляет собой устройство

Современный диод вакуумного типа представляет собой баллон, выполненный из металлокерамики или стекла, лишенный воздуха. Их этого баллона выкачивают воздух до давления, находящегося на уровне 10-6 — 10-7 мм рт. ст. Отсюда и название данного элемента электросхем.

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Строение диод вакуумного типа

Внутри такой баллон размещены два электрода. Одним из них является катод. Он имеет вид металлического вертикального цилиндра, который покрыт слоем оксида щелочно-земельных металлов (кальция, стронция, бария). Благодаря такому напылению данный элемент получил название оксидный катод.

Обратите внимание! При его нагревании с поверхности происходит значительно большее испускание электродов, чем с обычного металлического элемента аналогичного вида.

Катод внутри содержит изолированный проводник, нагреваемый переменным или постоянным током. При нагревании, катод испускает электроны, которые движутся и достигают второго элемента вакуумного диода – анода.
Анод имеет вид овального или круглого цилиндра. Он с катодом имеет общую ось. Схема диода вакуумного типа имеет следующий вид.

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Схема диода вакуумного типа

Кроме вакуумного диода существует еще такое понятие, как электровакуумный диод.
Под собой электровакуумный диод подразумевает двухэлектродную вакуумную электронную лампу. Ее строение аналогично диоду вакуумного типа. По сути это одно и тоже. Здесь катод представляет собой W-образную или прямую нить.

Он, в процессе работы такой лампы, нагревается до определенной температуры. В результате нагрева возникает термоэлектронная эмиссия. В ходе подачи на анод отрицательного напряжения относительно катода, электроны возвращаются обратно на катод.

Когда на анод подается положительное напряжение, часть из эмитированных электронов начинает двигаться в нему. В результате возникает ток.

В результате своей работы вакуумные диоды и их аналоги способны на выпрямление приложенного к ним напряжения. Таким основным своей свойством обладают вакуумные выпрямители, поэтому они используются в качестве детекторов сигналов высокой частоты и выпрямления переменного тока.

Такое устройство характерно для всех изделий подобного типа. При этом данное устройство и определяет основные характеристики изделия, а также то, какое применение оно будет иметь.

Обратите внимание! Частотный диапазон для диода вакуумного типа несколько ограничен и не превышает 500 МГц. При этом интегрированные в волноводы дисковые диоды, способны на детектирование частоты до 10 ГГц.

Формы основных элементов диода

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Форма катода и анода

Катод, входящий в состав диода вакуумного типа, зачастую имеет вид латинских букв W или V. Такая форма используется для увеличения длины изделия. В тоже время анод будет более выгодным, если станет изготавливаться в виде коробки, лишенной боковых граней. В сечении анод имеет форму прямоугольника с закругленными углами.

Такая форма анода определяется необходимостью для того, чтобы он во всех направлениях по возможности находился на одинаковом расстоянии от нагреваемого катода. По этой причиной наиболее выгодной формой для обоих элементов является эллиптическая.
Чтобы снизить степень нагрева анода в его устройстве часто фигурируют ребра (крылышки).

Благодаря их наличию, анод имеет более качественное отведение тепла.
И катод и анод в баллоне крепятся при помощи специальных держателей. Для большего удобства в эксплуатации, внизу лампы устанавливается цоколь, состоящий из изоляционного материала. Он оснащен металлическими ножками-штырьками.

Эти штырьки обеспечивают контакт лампы при включении ее в гнезда ламповой панели.

Вот такое устройство имеет электровакуумная лампы или диод вакуумного типа.

Принцип функционирования диода вакуумного типа

Чтобы схема, в которую входит выпрямитель вакуумного типа, работала как надо, следует понимать принцип работы такой детали.

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Принцип работы диода

Принцип работы вакуумных диодов представляет собой следующую картину:

  • в ходе разогрева катода, электроны с его поверхности начнут отделяться;
  • их отделение происходит за счет формирования термоэлектронной эмиссии;
  • освобожденные с поверхности электроны начинают препятствовать вылету других электронов. В следствии этого вокруг поверхности катода образуется облако электронов;
  • часть электронов этого облака, обладающие наименьшими скоростями, опускается обратно на поверхность катода;
  • в ситуации, когда задается определенная температура, облако электронов стабилизируется. Это означает, что с катода вылетает столько же электронов, сколько потом на него опускается;
  • при наличии нулевого напряжения, например, при ситуации короткого замыкания анода на катоде, в лампе начинает течь ток электронов по направлению от катода к аноду. В данной ситуации наиболее быстрые электроны способны преодолеть имеющуюся потенциальную яму, из-за чего они и притягиваются к аноду. Отсечка тока происходит в той ситуации, когда на анод подается отрицательное запирающее напряжение. Это напряжение должно иметь один вольт или ниже.
  • в ситуации подачи положительного напряжения на анод, в диоде формируется ускоряющее поле, которое способствует возрастанию на аноде тока. Когда ток на этом элементе достигает значений, которые близки в пределу эмиссии катода, происходит замедление роста тока и его стабилизация. Т.е. наблюдается эффект «насыщения».

Вот по такому принципу работают диоды вакуумного типа.

Важная характеристика диодного элемента – ВАХ

Все диоды, в не зависимости от того, вакуумные оны или нет, обладают таким параметром, как вольт амперная характеристика или сокращенно ВАХ.

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

ВАХ вакуумного диода

Чтобы разобраться, что же это за вольт амперная характеристика, рассмотрим график на примере происходящих в лампе процессов.
В самом начале, когда на аноде отсутствует напряжения, вокруг катода в следствие его нагрева формируется электронное облако.

Когда на аноде возникает положительное небольшое напряжение, самые быстрые электроны, входящие в электронное облако катода, начинают устремляться к аноду. В результате можно регистрировать анодный ток небольшой величины.

Читайте также:  Расчет освещения - для экономии средств и создания нормальной освещенности

В ситуации, когда анодное напряжение будет продолжать увеличиваться, из электронного облака все большее число электронов будут перетекать к аноду в плоть до полного «рассасывания» катодного электронного облака. Это состояние соответствует точке В на графике, приведенном выше.

Такое напряжение означает, что всех вылетающие из катода электроны будут немедленно притягиваться к аноду.
Обратите внимание! Дальнейшее нарастание анодного тока при сохранении величины накала не происходит. Чтобы добиться увеличение данного показателя необходимо использовать дополнительные электроны.

А они здесь отсутствуют. Для этого увеличения показателя можно повысить накал катода, но такой способ не используется поскольку приводит к уменьшению срока службы катодного элемента.

Таким образом вся эмиссия катода при конкретной температуре накала будет исчерпана. В результате анод достиг ситуации «насыщения током».

Все эти процессы, поэтапно, отращены на вольт амперной характеристики, приведенной выше. Такой параметр, как вольт амперную характеристику в высшей точке, можно рассматривать как предел возможностей диода.

Как видим принцип работы изделия неотделим от ВАХ. При этом последняя является его отражением.

Где используются такие изделия

Применение электровакуумных ламп определяется их основными возможностями или свойствами, а именно способностью пропускать ток только в одном направлении. Это связано с тем, что в диоде движение электронов возможно только от катода к аноду.

Иногда такое свойство диодных выпрямителей называется односторонней проводимостью. Благодаря такому свойству, вакуумные диоды применяются в качестве преобразователя постоянного тока в переменный (его выпрямления).

Такие способности данного рода изделий обеспечили им обширное применение в радиоаппаратуре.

Обратите внимание! Использование диода вакуумного типа позволит решить проблему питания радиоаппаратуры от промышленной сети переменного тока.

Схема, по которой можно использовать диода в качестве выпрямителя для переменного тока, довольно проста.

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Схема диода, работающего как выпрямитель

В данной ситуации между анодом и катодом следует включить источник переменного тока. Вверху графика отражено напряжение источника переменного тока. Здесь имеется периодическое его изменение с определенной частотой по типу синусоиды. С такой же чистотой меняется напряжение на аноде по отношению к катоду.

Часть времени анод будет положительным (верхняя часть графика), а часть – отрицательным (нижняя часть графика).
При положительных полупериода на аноде будет положительное напряжение. В такой ситуации ток будет течь, а при противоположном значении полупериода – он будет отсутствовать.

В результате получаться импульсы, равные по частоте переменному току.

Заключение

Зная особенности функционирования диодов вакуумного типа, можно максимально полно использовать их особенности в работе радиоэлектронных приборов. Помните, что каждый вид диодов имеет свои особенности и способен оптимально работать в определенных условиях. Учет всех параметров его работы, а также ВАХ, позволит выжать из изделия максимум без нарушения принципов его функционирования.

Полезные материалы

Источник: https://1posvetu.ru/montazh-i-nastrojka/vakuumnyj-diod.html

Принцип работы и маркировка электровакуумного диода

Вакуумным диодом называется лампа, преобразующая переменный ток в постоянный. Этот радиоэлемент способен работать с достаточно высоким напряжением и частотой. Преимущество перед полупроводниковыми диодами – отсутствие обратного тока. Недостаток – более низкий КПД.

Устройство

Вакуумный диод – самая простая
электронная лампа в виде стеклянного или металлокерамического баллона без
воздуха. В емкость с вакуумом размещаются 2 электрода.

У катода форма цилиндра,
он покрывается оксидом бария, стронция или кальция, увеличивающих количество
электродов, испускаемых при нагревании.

Анод изготавливается овальной или
круглой формы, устанавливается на одну ось с катодом.

Выводы электродов выводятся сквозь стенки баллона. Если емкость металлокерамическая, в ней сверлятся отверстия, в которые впаиваются бусинки из стекла.

В баллоне из стекла выводы впаиваются в основной материал. У анода один вывод. Если катодом служит нить какала, то выводов два (от каждого конца).

При встраивании подогревного катода выводов три (2 от нити, один – от вещества, выделяющего электроны).

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Электровакуумный диод тоже лампа электронного типа, по строению мало отличающаяся от вакуумного варианта. Основная особенность – строение катода. В электровакуумных моделях он прямой, W-образный или V-образный. При использовании двух последних вариантов удлиняется нить накала.

Форма анода вакуумного диода –
прямоугольник с круглыми углами. Основное преимущество – одинаковое расстояние
любой точки поверхности до минусового электрода. Для отвода избытка тепла анод
может быть оснащен «крылышками». Чтобы увеличить удобство использования, такие
лампочки оснащаются цоколем, изготовленным из диэлектрика, со штырьками,
обеспечивающими контакт с ламповой панелью.

Принцип работы

Работа
вакуумного диода
основана на отсутствии в баллоне воздуха. Вакуум способствует отделению
электронов от катода после подачи на него напряжения и достижения определенного
уровня нагрева.

Важно! Анод лампы соединяется с плюсовым выводом источника питания, катод – с минусовым.

Далее:

  1. Заряженные частицы образуют облако.
  2. Частицы, имеющие небольшую скоростью, возвращаются на поверхность минусового электрода.
  3. После подключения к напряжению плюсового электрода электроны, имеющие большую скорость, перемещаются к нему.
  4. в процессе формирования ускоряющего поля поток частиц от минуса к плюсу увеличивается.
  5. при объеме электронов, близком к предельному значению эмиссии, электроток стабилизируется (это явление называется насыщением).

  Виды, характеристики и особенности светодиодных лент

Электронное облако стабилизируется при достижении
определенного уровня температуры. На минусовой электрод возвращается такое же
количество частиц, какое отделилось.

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

При подключении анода к отрицательному
выводу источника питания, а катода – к положительному, электроны, которые выделяет
катод, использовать невозможно. Их скорость небольшая, положительно заряженный минусовой
электрод их притягивает. Те отрицательные частицы, которые создают облако и
имеют большую скорость, отталкивает анод по причине отрицательного заряда.

Вольт-амперная характеристика

Во время работы вакуумной лампы для
эмиссии заряженных частиц требуется определенная температура. Анодный электроток
появляется после того, как электроны начинают перемещаться к аноду,
обозначается как Іа
при напряжении Uа. Вольтаж накала обозначается как Uн.

Для создания графика ВАХ (вольт амперной характеристики) подается небольшое плюсовое напряжение на анод, если оно постепенно увеличивается, отмечается увеличение тока. В процессе построения графика цифровые значения вольтажа откладываются на горизонтальной оси, на вертикальной – параметры анодного тока.

Образуется кривая:

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Если напряжения нет (Uа=0) электроны не перемещаются к аноду
(Іа=0). После подключения вакуумного диода к источнику
питания электроток растет медленно, потом увеличивается быстрее (до достижения
точки Б). Если напряжение повышается, рост тока снижается, при достижении точки
В прекращается.

Внимание! Чтобы анодный ток в вакуумном диоде увеличить после точки В, требуются дополнительные заряженные частицы. Так как они отсутствуют, необходимо увеличить накал электрода. Этот способ использовать нежелательно из-за уменьшения срока эксплуатации лампы.

ВАХ определяется при проведении
технических расчетов перед использованием вакуумного диода.

Маркировка приборов

При нанесении маркировки на вакуумные
диоды используется тот же принцип, что для других видов ламп:

  • цифра,
    указывающая напряжение;
  • тип
    лампочки – диод (Д), выпрямитель (Ц), 2 диода в одном корпусе (Х), механотрон
    (МХ);
  • номер
    разработки;
  • конструкция
    – баллон из стекла (С), пальчиковый (П), миниатюрный 10 мм (Б), миниатюрный 6
    мм (А), керамический (К).

  Характеристики, параметры и преимущества светодиодов SMD 5730Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Если четвертый элемент не обозначен, корпус металлический.

Где используются

У этих элементов имеется важное преимущество – устойчивость к обратному напряжению благодаря вакууму, поэтому они используются для преобразования переменного тока в постоянный:

  • в
    лазерной индустрии;
  • цифровой
    электронике;
  • медицинском
    оборудовании;
  • радио-
    и телеаппаратуре.

К недостаткам можно отнести сравнительно
большие размеры и расход энергии на разогрев.

Основные выводы

Использовать преимущества вакуумных
диодов в радиоэлектронных приборах можно, если известен принцип их работы.
Каждый тип этих ламп обладает индивидуальными особенностями, поэтому эффективно
работает только в определенных условиях. Максимум пользы можно получить, если
при выборе учесть ВАХ и другие важные параметры.

ПредыдущаяСледующая

Источник: https://svetilnik.info/svetodiody/vakuumnyj-diod.html

Электрический ток в вакууме

До того, как в радиотехнике стали использовать полупроводниковые приборы, везде использовались электронные лампы.

Электронная лампа представляла собой запаянный с обоих концов стеклянный тубус, в одном стороне которого располагался катод, а в другом анод. Из тубуса отчаливали газ до такого состояния, при котором молекулы газа могли пролететь от одной стенки до другой и при этом не столкнуться. Такое состояние газа называется вакуум. Другими словами вакуум — это сильноразреженный газ. 

В таких условиях проводимость внутри лампы можно обеспечить только путем введения внутрь источника заряженных частиц. Для того, чтобы внутри лампы появились заряженные частицы пользовались таким свойством тел, как термоэлектронная эмиссия.

Термоэлектронная эмиссия – это явление испускания телом электронов, под действием высокой температуры. У очень многих веществ термоэлектронная эмиссия начинается при температурах, при которых еще не может начаться испарение самого вещества. В лампах из таких веществ делали катоды.

Катод потом нагревали, вследствие чего он начинал постоянно испускать электроны. Эти электроны образовывали вокруг катода электронное облако. При подключении к электродам источника питания, между ними образовывалось электрическое поле.

При этом, если положительный полюс источника соединить с анодом, а отрицательный с катодом, то вектор напряженности электрического поля будет направлен в сторону катода. Под действием этой силы, некоторые электроны вырываются из электронного облака и начинают двигаться к аноду. Тем самым они создают электрический ток внутри лампы.

Если же подключить лампу иначе, положительный полюс соединить с катодом, а отрицательный с анодом, то напряженность электрического поля будет направлена от катода к аноду. Это электрическое поле будет отталкивать электроны назад к катоду, и проводимости не будет. Цепь останется разомкнутой. Это свойство получило название односторонней проводимости. 

Читайте также:  Типы запорной арматуры

Вакуумный диод

Раньше односторонняя проводимость широко использовалась в электронных приборах с двумя электродами. Такие приборы назывались вакуумными диодами. Они выполняли в свое время роль, которую выполняют сейчас полупроводниковые диоды.

Чаще всего использовались для выпрямления электрического тока. В данный момент вакуумные диоды практически нигде не применяются. Вместо них все прогрессивное человечество использует полупроводниковые диоды.

Общая схема вакуумного диода представлена на следующем рисунке.

картинка

Нужна помощь в учебе?

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках Предыдущая тема: Термисторы и фоторезисторы: общее понятие, область применения
Следующая тема:   Электронные пучки.Электронно — лучевая трубка

Источник: http://www.nado5.ru/e-book/ehlektricheskii-tok-v-vakuumevakuumnyi-diod

Электрический ток в вакууме

Вакуум — пространство, свободное от вещества. В наиболее общем смысле, вакуум — это пустота. В физике и технике под вакуумом подразумевается газообразная среда при давлении в сотни раз ниже атмосферного.

Электрический ток в физике — это направленное движение носителей заряда. Вакуум — диэлектрик, и ток не может возникнуть в нем сам по себе. Условие протекания электрического тока в вакууме — наличие в нем достаточного количества свободных заряженных частиц. Например, электронов.

Термоэлектронная эмиссия

Как свободные электроны могут появиться в вакууме? Благодаря явлению термоэлектронной эмиссии, открытому Томасом Эдисоном в 1879 году.

Определение. Термоэлектронная эмиссия

Термоэлектронная эмиссия — испускание электронов из металла при его нагревании.  

Металлы являются наилучшими проводниками, так как имеют свободные электроны, которые иногда еще называют электронным газом. При нагревании металла энергия электронов (измеряется в электронвольтах) увеличивается и они могут «вырваться» из металла. Для того, чтобы вылететь из металла, электрон должен обладать энергией, превышающей работу выхода электронов для этого металла.

Aвых=E0-μ

Здесь Aвых — работа выхода, которую нужно преодолеть электрону, E0 — его энергия, μ — энергия Ферми.

Термоэлектронный ток

Испущенные металлом свободные электроны образуют у поверхности металла электронное облако. Если создать в данной области электрическое поле, электроны начинают двигаться под действием сил поля. Иными совами, возникает электрический ток, называемый термоэлектронным.

Определение. Термоэлектронный ток

Термоэлектронный ток — ток, возникающий при испускании (эмиссии) электронов накаленными телами в вакуумных приборах.

Так, если в вакууме поместить две металлические пластины и создать между ними разность потенциалов и условия для термоэлектронной эмиссии, возникнет термоэлектронный ток. 

Электрический ток в вакууме широко используется в вакуумных приборах. Самый простой пример — электронная лампа, или вакуумный диод.

Вакуумный диод представляет собой баллон с откачанным воздухом, содержащий электроды: катод и анод. Электроны выбиваются из катода и летят к аноду.

  • Для вакуумного диода не выполняется закон Ома. При небольших значениях напряжения на аноде имеет место формула зависимости силы электрического тока от напряжения:
  • I=BU32
  • где B — коэффициент пропорциональности, который зависит от формы, расположения и размеров электродов.

При увеличении разности потенциалов между электродами сила тока будет расти. Однако, для термоэлектронного тока существует понятие тока насыщения. Это ток такой силы, при котором все электроны из электронного облака достигают другой анода. При достижении силы тока насыщения и дальнейшем росте разности потенциалов, сила тока насыщения не меняется.

  1. Эмиссионную способность материала катода характеризует плотность тока насыщения, которая определяется по формуле Ричардсона-Дешмана:
  2. j=1-hRiA·T2·e-qφkT.
  3. Здесь h — постоянная Планка, hRi — усредненное значение коэффициента отражения электронов от потенциального порога, A — термоэлектрическая постоянная, равная 120,4 AК2·см2, T — температура, q — заряд электрона, qφ — работа выхода, k — постоянная Больцмана.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Источник: https://Zaochnik.com/spravochnik/fizika/postojannyj-elektricheskij-tok/elektricheskij-tok-v-vakuume/

Электрический ток в вакууме, его применение в радарах

Вакуумом называют разряженный газ, концентрация молекул в котором так мала, что они не сталкиваются друг с другом. Поэтому вакуум является идеальным изолятором.

Однако, если внести в вакуум свободные заряженные частицы, например, электроны, то он становится проводником тока. При этом движением свободных зарядов в вакууме легко управлять, т.к. они не сталкиваются с молекулами разряженного газа.

Приборы, в которых электрический ток проходит через вакуум, называют электровакуумными.

Источником заряженных частиц для вакуума может быть поверхность металла, нагретого до высоких температур (1500-2500 оС).

При таких температурах часть свободных электронов металла обладает энергией, достаточной для того, чтобы разорвать все имеющиеся связи и покинуть поверхность металла.

Это явление, напоминающее испарение молекул с поверхности жидкости, называют термоэлектронной эмиссий.

Простейшим электровакуумным прибором является вакуумный диод — устройство, пропускающее ток только в одном направлении. Обычно, вакуумный диод – это стеклянная лампа (1), внутри которой создан вакуум (рис. 45а) и находятся вольфрамовая нить (2, катод) и металлический цилиндр (3, анод).

Чтобы нагреть вольфрамовую нить диода, через неё пропускают ток, и в результате термоэлектронной эмиссии рядом с раскалённой нитью появляется облако электронов. Поэтому, если диод подключить к источнику тока, соединив нить (2) с его отрицательным полюсом, а цилиндр (3) – с положительным (рис.

45а), то электроны из облака вокруг нити будут двигаться к цилиндру, и через диод пойдёт ток. Противоположное подключение – нить к плюсу источника тока, а цилиндр – к его минусу, не вызовет тока, т.к. поле внутри диода будет отталкивать электроны от цилиндра.

Таким образом, в вакуумном диоде электроны могут двигаться только в одном направлении – от горячего катода к холодному аноду. Вакуумные диоды используются для преобразования переменного тока в постоянный.

Электрическое поле может не только вызывать движение заряженных частиц в вакууме, как это происходит в диоде, но и изменять траекторию этого движения. На рис.

45б показано, как изменяется, загибаясь вправо, траектория движения электрона пролетающего между пластинами заряженного плоского конденсатора.

Таким образом, пролетая между пластинами конденсаторов, электроны могут менять свои траектории в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Так как электроны в вакууме не испытывают никаких столкновений, их скорость в электровакуумных приборах может достигать очень больших значений.

Легко посчитать, что в вакуумном диоде, между анодом и катодом которого приложено напряжение 100 В, электроны разгоняются до 6.106 м/с, что в миллиарды раз больше, чем скорость их упорядоченного движения в металлах.

При торможении электронов их кинетическая энергия может переходить в энергию излучения (например, рентгеновского), тепловую и другие формы энергии.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), или кинескоп является самым важным элементом в большинстве телевизоров и компьютерных мониторов. ЭЛТ состоит из стеклянной колбы (1, на рис. 45в), внутри которой находится вакуум. Один из концов колбы узкий и длинный, а другой — широкий и достаточно плоский — экран (2).

Внутренняя стеклянная поверхность экрана покрыта люминофором, веществом, которое при бомбардировке электронами испускает свет. В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов — иттрия, эрбия и т. п.

Для создания изображения в ЭЛТ используется электронная пушка, из катода (3) которой под действием сильного электростатического поля исходит поток (луч) электронов (4).

Отклонение электронного луча в вертикальной и горизонтальной плоскости, а также его фокусировка происходит посредством специальной отклоняющей системы (5), создающей необходимую комбинацию электрических и магнитных полей.

Разряд в газах, типы разрядов и их применение.

Га́зовыйразря́д — совокупность процессов, возникающих при протекании электрического тока через вещество, находящееся в газообразном состоянии. Обычно протекание тока становится возможным только после достаточной ионизации газа и образования плазмы.

Ионизация происходит за счёт столкновений электронов, ускорившихся в электромагнитном поле, с атомами газа.

При этом возникает лавинное увеличение числа заряженных частиц, поскольку в процессе ионизации образуются новые электроны, которые тоже после ускорения начинают участвовать в соударениях с атомами, вызывая их ионизацию.

Для возникновения и поддержания газового разряда требуется существование электрического поля, так как плазма может существовать только если электроны приобретают во внешнем поле энергию, достаточную для ионизации атомов, и количество образованных ионов превышает число рекомбинировавших ионов.

  • Если для существования газового разряда необходима дополнительная ионизация за счёт внешних источников (например, при помощи ионизирующих излучений), то газовый разряд называется несамостоятельным (такие разряды используются в счётчиках Гейгера).
  • Для осуществления газового разряда применяют как постоянные во времени, так и переменные электрические поля.
  • Применение:
  • · Дуговой разряд для сварки и освещения.
  • · Сверхвысокочастотный разряд
  • · Тлеющий разряд как источник света в люминесцентных лампах и плазменных экранах.
  • · Искровой разряд для зажигания рабочей смеси в двигателях внутреннего сгорания.
  • · Коронный разряд для очистки газов от пыли и других загрязнений, для диагностики состояния конструкций.
  • · Плазмотроны для резки и сварки.

· Разряды для накачки лазеров, например гелий-неонового лазера, азотного лазера, эксимерных лазеров и т. д.

  1. А также
  2. · в счётчике Гейгера,
  3. · в ионизационных вакуумметрах,
  4. · в тиратронах,
  5. · в крайтронах,
  6. · в гейслеровой трубке.

Источник: https://studopedia.net/7_33324_elektricheskiy-tok-v-vakuume-ego-primenenie-v-radarah.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector