(2.15)

или в практических единицах (ajcM, в, см):

1-5 „ 2

1,47Х10-г»„

(2.16)

Здесь следует еще раз подчеркнуть, что уравнение, подобное (2.15), выражает лишь криволинейную часть характеристики диода, так как оно выведено в предположении неограниченного притока электронов. Его, кроме того, подобно уравнению (2.7) для плоских электронов, можно рассматривать лишь как приближенное, так как при его выводе не учитывались начальные скорости электродов. Однако оба эти уравнения дают указание на одно практически очень важное обстоятельство, а именно, что при повышении эмиссии вследствие повышения температуры нити ток вдали от насыщения практически не зависит от эмиссии. Это подтверждается на опыте.

На рис. 7 приведены две характеристики диода для различных токов накала.

Мягкие лампы. Несмотря на то, что мы будем рассматривать исключительно лампы с высоким вакуумом, однако, мы остановимся на некоторых явлениях, имеющих место

Рис. 7

* Данные для этой кривой были взяты из работы Лэнгмюра и Блод-жетта.

** Для ламп с косвенным подогревом величина имеет значение порядка 2 или 3, так что р2 значительно меньше единицы. 24

в мягких лампах с значительным давлением газа и заслуживающих упоминания.

Прежде всего, если давление газа достаточно высоко, так что происходит много столкновений между летящим к аноду электроном и молекулами газа, то пространственный заряд будет снова действовать таким образом, что анодный ток будет изменяться по закону степени три вторых от приложенного напряжения. Здесь следует различать два случая. Для неупругих столкновений соответствующее уравнение будет иметь вид (при плоских электродах):

(2.17)

где X есть средняя длина свободного пути электрона в газе. Ричардсон и Баццони показали, что для упругих столкновений уравнение принимает вид:

4п V

т Ф

(2.18)

(2.19)

Подобным же образом Мак-Кэрди показал, что для цилиндрических электродов анодный ток на единицу длины задается выражением:

1 = АУ\ -ГХ а р

где Р есть функция а А содержит отношение .

На рис. 8 представлена типичная статическая характеристика мягкого диода, из которой видно, что при определенном значении анодного напряжения скорость изменения анодного тока (крутизна характеристики) заметно возрастает. Это объясняется появлением в лампе положительных ионов вследствие ионизации при соударениях. В части кривой АВ анодное напряжение нин<е потенциала ионизации и здесь выполняется зависимость степени три вторых.

Когда превосходит потенциал ионизации газа, то появляются положительные ионы, которые двигаются по на-

фически на рис. 6*.

Из этой кривой видно, что до тех пор пока диаметр анода больше чем в 10 раз превышает диаметр нити, что обычно имеет место в лампах с тонкими нитями, накаливаемыми непосредственно электрическим током**, значение мало отличается от единицы (2.14), принимает следующий простой вид

правлению к нити. Так как ионы обладают сравнительно большой массой и, следовательно, малой скоростью, то они, сравнительно долго, движутся к катоду, значительно понижая при этом пространственный заряд, создаваемый электронами. Поэтому анодный ток быстрее достигает насыщения. На первый взгляд может показаться, что ток насыщения должен был бы заметно повыситься за счет лишних электронов, выбиваемых из молекул газа ионизации, но при обычно применяемых в мягких лампах давлениях газа(около 0,5 мм) это количество электронов очень нале.

ГЛАВА HI НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ДИОДОВ

Из статической характеристики диода, приведенной на рис. 2, видно, что такой проводник представляет собой электрический вентиль, пропускающий ток лишь в одном направлении. Действительно, если между анодом и нитью диода приложить переменное напряжение, то ток будет проходить только в одну сторону и лишь в течение одного полупериода, когда анод положителен по отношению к нити. Эту, как ее часто называют, одностороннюю проводимость впервые наблюдал Эдисон. Он обнаружил, что если в вакуумную лампу с накаливаемой постоянным током угольной нитью внести добавочный металлический электрод и соединить его через гальванометр с положительным концом нити, то через него пойдет ток. При присоединении электрода к отрицательному концу нити тока не наблюдается. Этот эффект стал известен под названием эффекта Эдисона. Его легко объяснить на основании рассмотренных нами в предыдущих главах явлений. Накаленная угольная нить излучает электроны и, хотя здесь нет отдельной анодной батареи, присоединение анода к положительному концу нити обусловливает некоторое положительное напряжение на аноде по отношению к отрицательному концу нити и вообще по отношению ко всем ее точкам, кроме положительного конца. Поэтому электроны, вылетающие из нити, притягиваются анодом и в цепи наблюдается некоторый ток. Когда анод присоединен к отрицательному концу нити, то его напряжение отрицательно по отношению ко всем точкам нити и анод не улавливает электронов.

В 1904 г. Флеминг первый применил двухэлектродную лампу для выпрямления переменных токов, хотя односторонняя проводимость лампы, содержащей один горячий и один холодный электрод ,была известна Эльстеру и Гейтелю

еще в 1889 г. Флеминг первый применил двухэлектродную лампу для приема радиосигналов и дал удовлетворительное объяснение принципа действия ее.

Первые лампы Флеминга имели угольную нить и окружающий ее цилиндрический металлический анод. Давление газа внутри стеклянного баллона было понижено настолько, насколько это позволяла вакуумная техника того времени. Однако, внутри баллона всегда оставалось заметное количество газа, так что и при отрицательном по отнощению к нити аноде всегда наблюдается небольшой ток. В 1915 г. Лэнгмюр описал процесс изготовления и свойства двух-и трехэлектродных ламп, из которых удалены заметные следы газа. Лампы эти имели вольфрамовые нити, эмиссию которых можно рассчитать по формуле Ричардсона с достаточной для практики точностью. Кроме того, статические характеристики этих ламп, вдали от насыщения, количественно удовлетворяют уравнению для области пространственного заряда. Токи между электродами этих жестких ламп имеют чисто электронный характер, так как ионизацией газа можно пренебречь; жесткие лампы отличаются большим постоянством в работе и отсутствием гистерезисных явлений. Работы Лэнгмюра послужили очень важным шагом вперед на пути развития количественной теории электронных ламп, а также способствовали превращению электронной лампы в надежный и точный прибор.

Диод как выпрямитель колебаний высокой частоты (детектор). Простая схема выпрямления высокочастотных радиосигналов при помощи диода показана на рис. 9. Во

время приема радиосигналов на антенну переменное напряжение высокой частоты между точками D я Е оказывается приложенным между анодом А и нитью К диода. Ток через диод течет только в течение тех полупериодов, когда анод Л положителен по отношению к нити. Таким образом, ток через телефон (или гальванометр) направлен в одну сторону и мы отмечаем сигнал (напр. по отклонению гальванометра). Конденсатор Q служит шунтом для токов высокой частоты, так как гальванометр и телефон имеют очень большое индуктивное сопротивление. Часто для повышения отдачи диода, применяемого в

Рис. 9

Рис. 10

качестве детектора, на анод подают положительное напряжение от батареи, включаемой, например, между точкой Е и телефоном.

Применение диода в качестве выпрямителя для целей питания. Так как высоковакуумный диод является настоящим электрическим вентилем, то его можно использовать для выпрямления переменного тока для целей питания. Для использования обоих полупериодов переменного тока, обычно, применяют диод с двумя анодами. На рис. 10 показана типичная схема выпрямительного устройства, г

применяемого для питания радиоприемников высоким напряжением. Трансформатор Т имеет две вторичных обмотки, из которых одна служит для питания анодов А и Лг, а вторая для подогрева нити. Электронный ток течет в течение одного полупериода через анод Л, а в течение второго полупериода через анод Aj. Выпрямленный ток отбирается от средних точек обеих вторичных обмоток и получается в виде направленных в одну сторону импульсов, которые после сглаживания при помощи последовательных дросселей Z и параллельных конденсаторов СС дают ток достаточно постоянный по величине.

Диод в качестве высокочастотного вольтметра. Если снять экспериментально зависимость выпрямленного тока через диод от приложенного переменного напрян<ения при низких частотах, то можно ожидать, что эта же зависи- мость сохранится и при радиочастотах. Таким образом диод можно проградуировать при помощи низкочастотного вольтметра переменного тока и гальванометра постоянного тока и затем пользоваться им как высокочастотным вольтметром.

Так, например, если проградуировать подобным образом диод, включенный по схеме рис. 9, то отсчет по гальванометру даст нам амплитуду переменного напряжения на. концах катушки DE. Однако недостаток этой схемы заключается в том, что через лампу идет ток и следовательно от измеряемого источника отбирается мощность.

Это затруднение можно частично обойти, если включить в цепь последовательно с диодом большое сопротивление порядка 2 мегом (рис. 11). В этом случае потребуется более чувствительный гальванометр. Большое сопротивление