4.2. Катоди

В сучасних електронних лампах використовуються термоелектронні катоди (Термокатоди), що забезпечують електронну емісію при нагріванні їх до певної температури. Розрізняють їх три основні групи :

1. З чистих металів (вольфрамовий, танталовий та ін.);

2. Плівкові (торій на вольфрамі, барій на вольфрамі та ін. );

3. Напівпровідникові – шари оксиду на металах (барієво-оксидний, торієво-оксидний та ін. ).

Всі термокатоди за способом нагріву можна розділити на дві великі групи:

1. Прямонакальні (катод нагрівається шляхом пропускання через нього струму);

2. Підігрівні (емітуючи поверхня катода нагрівається за рахунок випромінювання теплоти від іншого провідника – підігрівача).

Прямонакальні катоди в порівнянні з підігрівними більш ефективні, прості за конструкцією, менш інерційні в тепловому відношенні, але не еквіпотенціальні, тобто у них спостерігається падіння напруги уздовж нитки катода.

Основна характеристика катода – емісійна, що є залежністю струму емісії від температури катода. Для металевого катода ця властивість виражається формулою:

Іе = QeAT²e ^W0/kT,

де Qe – емітуючи площа поверхні катода, м²; А – постійна емісії, В/(м²∙К); Т – температура катода; е – основа натуральних логарифмів; W₀ – робота виходу, Дж; k – постійна Больцмана, k = 1,38∙10^-23 Дж/К.

Оскільки температура катоду однозначно залежить від напруги або струму розжарення, то практично зручніше емісійну характеристику катода описувати у вигляді залежності :

Іе = f(Up) або Ie = f(Up).

Струм емісії катодів з чистих металів або тонко плівкових катодів (наприклад, торієвий вольфрам) може бути визначений по вольт-амперним характеристикам діода (рис.2.).

Як видно з рисунка, при достатньо великій анодній напрузі анодний струм стає рівним струму емісії катода. Тому, при знятті емісійної характеристики необхідно подати на анод напругу, більшу напруги насичення. Емісійна характеристика катода показана на рис.4.

Рис.4. Емісійна характеристика катода.

Критерієм оцінки якості катодів служать наступні параметри:

1. Питома емісія, А/м²:

j_e = Ie/Q_k ;

2. Питома потужність розжарення, Вт/м²;

Ррд = Рр/ Q_k ;

3. Ефективність катода, А/Вт:

H = Ie/Pp;

4. Робоча температура Тр, К;

5. Довговічність τ, год.

5. Запитання для підготовки.

5.1. Назвіть основні параметри термоелектронних катодів.

5.2. Приведіть основні характеристики термоелектронних катодів.

5.3. Від чого залежить довговічність катода?

5.4. На які групи підрозділяються катоди електронних ламп?

5.5. З чого складається діод?

5.6. Напишіть формулу закону «степені трьох других». Які допущення зроблені при отримані цієї формули?

5.7. Який вигляд мають анодні характеристики діодів?

5.8. Яка причина розбіжності між експериментальними і теоретичними характеристиками діода?

5.9. Як визначаються параметри діода S і Ri по характеристиках?

5.10. Що виражають основні параметри діода : внутрішній опір Ri, крутизна S, опір на постійному струмі R₀ , зворотна напруга Uзв?

5.11. Як змінюються параметри діодів залежно від режиму?

5.12. Як залежать параметри діода S і Ri від геометрії системи електродів?

5.13. Що таке максимальна потужність, розсіювана анодом?

5.14. Розкажіть про застосування діодів в електричних схемах.

5.15. Як залежать параметри катода від його температури?