Отсюда определяется максимально допустимая величина анодного тока лампы при заданном анодном напряжении:

/атах = . (1.38)

Чем выше анодное напряжение, тем меньше допустимый анодный ток.

Аноды электронных ламп изготавлизаю;т из Л1икеля или молибдена, иногда из тантала и графита.

Радиаторы увеличения мощности, рассеи-

ваемой анодом, прибегают к увеличению поверхности охлаждения, для этого анод снабжают радиаторами (рис. 1.30). Прибегают также к чернению анода, что увеличивает коэффициент лучеиспускания, а следовательно, и рассеивае-, мую мощность в 2~-2> раза. С этой же целью анод покрывают цирконием, который не только повышает коэффициент лучеиспускания, но и эффективно поглощает остаточные газы, улучшая вакуум в лампе.

, Алоды с лучистым охлаждением имеют удельную мощность рассеяния не более 8-J-9 вт/см, поэтому при приемлемых для эксплуатации размерах лампы максимальная мощность рассеяния таких анодов не превосходит 500 вт, В случае необходимости иметь большую мощность рассеяния используют аноды с принудительным воздушным или жидкостным охлаждением. Конструкция этих, анодов рассматривается в гл. 2.

§ 1.7. ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА ДИОДА

Как показывает опыт, с ростом частоты эффективность работы диода ухудшается. Это проявляется в умень'щеЦии выпрямленного тока и в возникновении фазового сдвига между током и напряжением. Для каждого диода существует предельная частота / р, выше которой использование его нецелесообразно.

Частотный диапазон диода ограничизаетсянесколькими причинами. Важнейшими из них являются: инерционность электронного потока, междуэлектродная емкость и индуктивность выводов.

Рис. 1.30. Анод с радиаторами

Угол пролета, электронов

Возникновение инерционности электронного потока связано с затратой некоторого времени на пролет электронов от катода до анода:

т =

(1.39)

где d - расстояние анод - катод;

- средняя скорость электронов. Если приближенно принять, что скорость электрона 3 лампе изменяется линейно от у„ = О у катода до

уа=/2/а у анода, то средняя скорость

Vc,-=~---vU, = 3.lOYU, см/сек

и время пролета электронов

т = =33-4г се/с,

где d - измеряется в сантиметрах, а f/a - в вольтах.

В действительности скорость электрона нарастает нелинейно. Из Закона степени трех вторых (1.11) может быть получена более точная формула для времени пролета электрона з плоском диоде:

3d d т = - =50- нсек.

(1.40)

Воспользовавшись этой формулой, найдем, что, например, в диоде, имеющем d = 2 мм и Од = 4 в, время пролета составляет всего 5 нсек.

Однако при высокой частоте о = переменного

напряжения анода за время пролета т фаза переменного напряжения анода может существенно измениться, что сказывается на величине и фазе тока анода. Изменение фазы напряжения, приложенного к аноду, имеющее место за время пролета т, определяется следующим выражением:

г, 27:

уу - - т = сот. т

(1.41)

Эта величина называется углом пролета электронов в лампе.

Наведенный ток

В плоскопараллельном диоде Е - -~ и наведенный ток

Для того чтобы определить, при каких значениях угла пролета электронов еще не нарушается нормальная работа диода и какова предельная величина угла пролета, рассмотрим более подробно процесс возбуждения тока в анодной цепи электронами, движущимися в междуэлектродном пространстве.

Вылетевшие из катода электроны, находясь в междуэлектродном пространстве, наводят, в соответствии с законом электростатической индукции, заряды на катоде и аноде. Величина этих зарядов зависит от местоположения движущихся электронов. По мере приближения электронов к аноду растет заряд на аноде и уменьшается отрицательный заряд на катоде. При этом во внешней цепи анода возникает электрический ток, обеспечивающий перераспределение индуктированных зарядов и представляющий собой поток электронов, движущихся по проводу от анода к катоду.

Этот ток, возбужденный во внешней цепи движущимися в лампе электронами, называется наведенным током. Определить величину наведенного тока можно исходя из мощности взаимодействия электронов и поля в лампе.

Из уравнения движения электрона в электрическом поле

т-= е£ (1.42)

найдем, что скорость изменения кинетической энергии электрона

= evE.

(1.43)

Так как изменение кинетической энергии электрона может произойти только за счет обмена энергиейс электрическим полем, то мощность взаимодействия электрона и электрического поля

Р = еи£. (1.44)

Эта мощность расходуется источником питания и равна

Отсюда наведенный ток

in.. = ev-f--. (1.45)

(1.46)

Из полученных выражений вытекает, что наведенный ток обусловлен процессом движения электронов в вакуумном промежутке и не зависит от того, попадают электроны на анод или не попадают. Более того, в момент попадания электрона на анод, когда его скорость становится равной нулю, наведенный анодный ток также становится равным нулю.

Рис. 1.31. Конвекционный и наведенный токи в диоде

Рис. 1.32. Переменная плотность конвекционного тока в'диоде

Если весь вакуумный промежуток между катодом и анодом лампы заполнен электронами, имеющими концентрацию п = п {х) и движущимися со скоростью у = и (х), то ток, протекающий в любом сечении данного промежутка, определяется количеством зарядов, проходящих в единицу времени через это сечение:

Пеп dx dt

= Ylenv.

(1.47)

Этот ток называется конвекционным.

Каждый бесконечно тонкий слой dx, имеющий заряд dq = Uendx (рис. 1.31), наводит в анодной цепи элементарный ток:

,. nenv ,

di , = -r-dx =

ci.lK. Ill

а полная величина наведенного тока

iunn кОНВ

(1.48)

о

Отсюда видно, что если конвекционный ток /конв во всех точках междуэлектродного пространства имеет одну и ту же величину, то 1вав = /конв- Такой случай имеет место в режиме постоянного тока и при очень малых углах пролета. Если же угол пролета электронов в лампе велик, то плотность конвекционного тока различна в различных точках междуэлектродного пространства (рис. 1.32) и наведенный ток, равный среднему значению конвекционного тока, будет меньше максимальной величины конвекционного тока и больше его минимальной величины. Следовательно, крутизна характеристики диода при больших углах пролета должна быть меньше, чем в режиме постоянного тока.

Предельная частота диода

Количественный анализ процесса прохождения переменного тока малой амплитуды через диод дает зависимость крутизны от угла пролета, представленную на рис. 1.33.

3Jt 7Jz4t tfce

Рис. 1.33. Зависимость крутизны диода от угла пролета

При угле пролета в == я уменьшение крутизны составляет 25%. Полагая дальнейшее ее уменьшение недопустимым для нормальной работы диода, примем, что предельный угол

пролета в^р = 2я/прТ = я. Отсюда найдем частоту, выше которой использование диода нецелесообразно:

2т

Для рассмотренного диода (см. стр. 47), имеющего время пролета т = 5 нсек,

/ =--=100 Мгц.

Практически предельная частота диода может быть еще ниже из-за вли-

Рис. 1.34. Междуэлектродная емкость и индуктивность выводов диода

Рис. 1.35. Высокочастотный диод

яния междуэлектродной емкости диода анод -катод С^к, через которую протекает емкостный ток

емк = /соСак 1 та-

Полный ток В анодной цепи в этом случае равен

~ нав емк-

С ростом частоты емкостный ток становится сравнимым по величине с наведенным током, что приводит к ухудшению односторонней проводимости диода, т. е. к падению выпрямленного тока. Очень часто ограничение частотного диапазона диода величиной междуэлектродной емкости может быть более существенным, чем ограничение из-за инерционности электронного потока.

3* 5!