6.4 Электровакуумный диод

Устройство и принцип действия. Диод представляет собой электронную лампу, имеющую два электрода: катод и анод. Диод , применяемый как выпрямитель переменного тока, называют кенотро-ном. Он может выполнять и ряд других важных преобразовательных функций.

Конструктивно вакуумный диод оформлен в виде стеклянного или металлического баллона, внутри которого создан высокий вакуум (~10^–5 Па). В баллоне размещают два электрода: анод и катод. Катод является источником свободных электронов, анод служит приемником испускаемых катодом электронов.

Для выяснения принципа действия диода воспользуемся схемой (рис. 33). Цепь питания катода кос-венного накала на схемах обычно не указывается. С потенциометра R

_п на участок анод-катод диода по-дается напряжение U_а, называемое анодным. Когда это напряжение положительно, между анодом и ка-

тодом создается ускоряющее электрическое поле. Под его действием электроны, испускаемые катодом,
		устремляются на анод, замыкая цепь анодного тока Iа. Необхо-
мА		димо иметь в виду, что здесь использовано условное направле-
		ние тока.
R

Еа

ле между анодом и катодом становится для электронов тормо-

V

–

зящим и практически ни один электрон электронного облака,

b

T2

возникающего вокруг катода, не попадает на анод. Цепь анодно-

a

T1

го тока разорвана, и Iа = 0. Отсюда следует важный вывод: диод

Ia

нас1

обладает свойством односторонней проводимости.

Рис. 33 Схема установки для снятия

Для расчета схем, в которых применяют диоды, необходимо

вольтамперной характеристики диода

использовать вольтамперные характеристики (рис. 34). Ход ха-

рактеристики объясняется следующим. При отсутствии анодно-

Ia1

го напряжения анодный ток лампы равен нулю, хотя вокруг катода и

0

Ua1 U a2 Ua нас2

Ua

существует электронное облако. С увеличением анодного напряжения

Рис. 34

Вольтамперная

Uа анодный ток увеличивается и электронное облако рассасывается.

характеристика диода

Точка а характеристики соответствует такому режиму работы, когда

анодный ток оказывается равным эмиссионному току, т.е. электронное облако полностью рассосалось. Для диодов с простыми катодами этот ток называется током насыще-ния. Ему соответствует анодное напряжение

U_{а нас}.

Для изменения тока насыщения необходимо менять температуру катода. Активированные катоды не имеют ярко выраженного участка насыщения характеристики (участок ab, рис. 34).

Параметры диодов. Внутреннее сопротивление R_i = ∆U_а / I_а, т.е. отношение приращения анодного напряжения к приращению анодного тока на рабочем участке характеристики (участок 0а, рис. 34). Для выпрямительных ламп (кенотронов) его значения порядка нескольких сотен ом. Допустимая мощность рассеяния на аноде

Р_{а доп} выделяется при бомбардировке его электронами и при разогревании анода до некоторой допустимой температуры. Превышение Р_{а доп} может привести к расплавлению анода. Для со-временных анодов Р_{а доп} колеблется в пределах от долей ватт до десятков ватт.

Максимальный анодный ток I_аmax ограничен током эмиссии катода, а также перегревом катода и анода. Значения I_аmax обычно лежат в пределах от 0,01 до 1 А.

Максимальное обратное напряжение U_обр.max – это такое максимальное анодное напряжение обрат-ной полярности, при котором еще не наступает пробой промежутка между анодом и катодом. Оно зави-сит от электрической прочности диода и лежит в пределах от десятков вольт до десятков киловольт.

Вакуумный_диод

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского»

В.Н.Мануилов, В.Г.Павельев

Исследование влияния пространственного заряда на прохождение тока в диоде

Учебно-методическое пособие

Рекомендовано методической комиссией радиофизического факультета для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки

010800 «Радиофизика»

Нижний Новгород, 2007

УДК 621.380

ББК З 85

М23

М23. Мануилов В.Н., Павельев В.Г. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА НА ПРОХОЖДЕНИЕ ТОКА В ДИОДЕ: Учебно-методическое пособие. — Нижний Новгород: Издательство Нижегородского госуниверситета, 2007. — 23 с.

Рецензент канд.физ.-мат. наук, зав. лаб. ИПФ РАН В.Е.Запевалов

В настоящем пособии изложены методические указания по выполнению лабораторной работы общего радиофизического практикума по курсу физической электроники. В описании рассмотрены основные режимы работы диода, включая элементарную теорию режима ограничения пространственным зарядом и температурного ограничения эмиссии. Даны необходимые сведения из теории твердого тела, объясняющие появление потенциального барьера на границе металлвакуум. Рассмотрено влияние эффекта Шоттки на вольт-амперную характеристику диода. Проанализировано влияние неэквипотенциальности катода на вольтамперную характеристику. Экспериментальное задание по лабораторной работе позволяет на простой экспериментальной установке измерить вольтамперную характеристику диода и наглядно продемонстрировать разные режимы работы диода, включая действие эффекта Шоттки. Результаты измерений позволяют также построить прямую Ричардсона и на ее основе рассчитать эффективную работу выхода катода.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов старших курсов естественно-научных и технических высших учебных заведений, начинающих изучать теорию электронной эмиссии и мощные электронные приборы СВЧ, и может быть использовано школьниками старших классов, занимающихся научной работой в рамках НОУ.

© Нижегородский государственный

университет им. Н.И.Лобачевского, 2007.

Введение

После изобретения в 1946 г. транзистора электроника разделилась на два направления — полупроводниковую и вакуумную. Полупроводники несомненно лидируют в тех областях, где нужны малые мощности приборов (вычислительная техника, маломощные, в том числе бытовые, радиотехнические устройства и т.д.). Вакуумные приборы прочно удерживают свои позиции там, где средние мощности излучения превышают 1 кВт (телевизионные передатчики, спутниковые системы связи, технологические СВЧ печи для получения композитных материалов, дальняя и сверхточная радиолокация, военные применения). Как правило, в таких устройствах в качестве активной излучающей среды используются интенсивные электронные потоки, процессы в которых существенно зависят от собственного кулоновского поля пучка. Простейшим примером такого рода системы является вакуумный диод. В то же время основные закономерности поведения электронного пучка в диоде служат основой для разработки большого класса используемых в электронике СВЧ устройств: мощных усилительных триодов и тетродов, систем транспортировки мощных электронных пучков, электронных пушек для усилителей и генераторов СВЧ излучения на черенковском, переходном, магнитотормозном механизмах излучения и т.д.

Полная теория диода должна давать возможность найти распределения потенциала, пространственного заряда между катодом и анодом и вольтамперную характеристику (зависимость анодного тока от анодного напряжения). Однако даже для диода с плоской симметрией, плоского диода (рис.1), точная теория, учитывающая распределение скоростей вылетающих из катода электронов, оказывается довольно громоздкой. Вместе с тем упрощенную теорию, достаточно точно представляющую процессы в реальных устройствах можно построить без большого труда. Такая упрощенная теория плоского диода излагается ниже.

1. Основные режимы работы диода

Пусть поперечные размеры анода и катода Ly, Lz >> d — расстояния между катодом и анодом. Тогда зависимостью всех величин от y, z можно пренебречь и считать, что потенциал, электрическое поле, скорость и т.д. зависят только от координаты x, отсчитываемой от катода к аноду (рис.1). Будем полагать далее потенциал катода равным нулю, а потенциал анода Ua фиксированным: Ua=const > 0. Рассмотрим, как будет меняться

распределение потенциала и ток через диод при изменении температуры катода T.

Рис.1. Плоский диод.

Предположим для простоты, что эмиссионная способность катода может неограниченно расти при увеличении T, а электроны выходят из катода с нулевой начальной скоростью v0 = 0.

Пусть сначала T=0. Тогда, очевидно, электроны из катода выходить не будут, и диод представляет из себя обычный плоский конденсатор.

	Поэтому U (x) =Ua	x	—	линейная функция (рис.2). Увеличим	теперь
		d
	температуру катода		до	T1. Тогда из катода, вследствие	явления

термоэлектронной эмиссии, начнут выходить электроны, и появится электронный ток. Если T1 невелико, то пространственный заряд в диоде и

его поле Eρ малы, поэтому и электрическое поле Ex=E для электрона на всем промежутке катод-анод остается ускоряющим. В результате все электроны, вышедшие из катода, доходят до анода. Такой режим работы диода называется режимом насыщения или режимом температурного ограничения эмиссии, поскольку в этом случае ток через диод полностью определяется температурой катода.

Рассмотрим, как изменится распределение потенциала при T=T1. По принципу суперпозиции полное поле в диоде представляется как сумма полей, создаваемых поверхностными зарядами на электродах и объемными зарядами электронов с плотностью ρ, двигающихся от катода

к аноду. Выделим из потока электронов плоский слой толщиной dx

(рис.3).

Рис.2. Распределение потенциала в плоском диоде при различной температуре катода T : 1 — T=0, 2 — T=T1 ,

3 — T=T3 , 4 — T=T4 , 5 — случай Ua < 0.

Рис.3. К расчету распределения поля и потенциала в диоде.

Т.к. электроны — отрицательно заряженные частицы, то собственное кулоновское поле слоя Eρ направлено к слою. А поле зарядов на

электродах Eel — от анода к катоду. В результате слева от слоя Eρ и Eel направлены в противоположные стороны и вычитаются, а справа — в одну

строну и складываются. Поскольку полное поле E=Eρ +Eel = — grad U , то легко понять, что при T=T1 кривая распределения потенциала обращена выпуклостью к оси абсцисс. Т.е. она, находясь над осью абсцисс, начинает “провисать” (см. рис. 2). При увеличении T до T2 величина |ρ| растет и провисание увеличивается. Наконец, при некоторой

xmin<<d

T>T3

T=T3

наступает момент, когда кривая U(x) касается оси x при x=0, т.е. поле на катоде Ek=E(0)=0 (E=-dU/dx в нашем случае). Пусть теперь мы

еще увеличиваем температуру до T=T4 >T3. Очевидно, величина |ρ| еще более возрастет, и мы получим распределение потенциала с минимумом в прикатодной области. Однако, поскольку v0 = 0, эмиттированные электроны не смогут преодолеть отрицательный минимум потенциала у катода и вернутся в катод, а поступление электронов в пространство катод — анод прекратится. В результате пространственный заряд у катода начнет рассасываться, а распределение U(x) — подниматься, пока не достигнет положения соответствующего кривой 2, когда электрическое поле на катоде становится ускоряющим. После этого опять начинается выход

электронов из катода, увеличится |ρ| и кривая U(x) опять опустится вниз, пока не образуется минимум потенциала и т.д. Очевидно, при T=T4 >T3 ни состояние описываемое кривой 2, ни состояние описываемое кривой 4 не могут быть устойчивыми. Поэтому в диоде устанавливается состояние с Ek=0 (кривая 3 на рис. 2). Таким образом, какую бы T>T3 мы ни задавали, распределение поля, потенциала и пространственного заряда меняться не будут. Значит, не будет меняться и ток через диод. Т.е. при ток диода перестает зависеть от температуры катода и определяется только потенциалом анода Ua. Такой режим работы диода называется режимом ограничения тока пространственным зарядом.

В реальных системах, конечно, эмиттированные из катода электроны обладают некоторой начальной тепловой скоростью v0 ≠ 0. В результате этого режиму ограничения тока пространственным зарядом соответствует распределение U(x) с минимумом потенциала в прикатодной области типа кривой 4 на рис.2. Т.к. средняя тепловая энергия электронов kT/e, то очевидно, глубина минимума также будет kT/e (при большей глубине минимума преодолеть его сможет лишь очень малая часть электронов). При типичных температурах катода T ≤ 3000o K kT/e ≈ 0.1-0.2 В. Соответственно, глубина минимума также составляет доли вольта, а расстояние точки минимума от катода (см. рис.2). Поэтому при анодных напряжениях в десятки и сотни вольт в упрощенной теории начальными скоростями можно пренебречь и заменить действительную кривую U(x) на распределение, соответствующее T=T3, при котором поле холодного (без электронного пучка) диода Ek0 в точности компенсируется полем объемного заряда пучка Eρ, так что Ek= Ek0 — Eρ =-dU/dx=0 при x=0.

Для завершения качественного описания воль-амперной характеристики диода нам осталось рассмотреть режимы с Ua<0. В этом случае между катодом и анодом возникает тормозящее поле с

потенциальным барьером высотой e|Ua| (см. рис.2) . Если бы электроны не обладали начальными тепловыми скоростями, то они не смогли бы преодолеть барьер, и ток анода был бы равен нулю. Но электроны при выходе из катода имеют максвелловское распределение скоростей vx, простирающееся, в принципе, до сколь угодно больших величин vx. Однако число таких электронов экспоненциально убывает с ростом их энергии WT. До анода, очевидно, могут дойти лишь те частицы, у которых WT=mvx2/2>eUa, поэтому анодный ток в этом случае будет экспоненциально убывающей функцией |Ua| и, как правило, по крайней мере на 2-3 порядка меньше, чем при Ua > 0. Режим работы диода с

Ua<0 получил название режима начальных токов.

Таким образом, по мере изменения Ua от -∞ до +∞ диод последовательно проходит три режима: режим начальных токов, режим ограничения тока пространственны зарядом и, наконец, режим насыщения.

2. Теория режима ограничения тока пространственным зарядом.

Найдем зависимость анодного тока Ja от анодного напряжения Ua для плоского диода в стационарном режиме, когда все переходные процессы, возникающие при включении диода, уже завершены. Для этого надо решить полную систему уравнений, описывающих электронный пучок. В рассматриваемом нами одномерном случае она состоит из:

уравнения движения

		dv	= −ηE	(1)
		dt
(η =	e	— удельный заряд электрона )

m

уравнения, связывающего поле E и потенциал U

уравнения Пуассона

	d 2U	= −	ρ	(3)
	dx2		ε0

материального уравнения, связывающего плотности тока j и пространственного заряда ρ

j = ρv			(4)
и уравнения непрерывности
	dj	= 0
div _ j = dx			(5)

Для однозначного описания задачи к уравнениям (1)-(5) необходимо добавить еще граничные и начальные условия. В соответствии с рассмотренным выше качественным описанием режима ограничения тока пространственным зарядом они будут следующими:

U(0)=0,			(6)
U(d)=Ua,			(7)
dU	(0) = 0	,	(8)
dx
v(0) = 0 .			(9)

Следует отметить, что граничное условие (8) записывается в таком виде

только для режима ограничения тока пространственным зарядом.

Из уравнений (1)-(2) легко получить интеграл энергии в виде

v = 2ηU .

Из (5) следует j=const=-Ja/Sa, (ток течет против оси x) , где Sa — площадь

анода. Тогда из (4) ρ = j / v = − Ja / Sa				2ηU . Подставляя теперь ρ в
(3) приводим уравнение Пуассона к виду
d 2U	=		Ja
dx2					.
		ε	0 Sa	η
				2 U

Обозначим

Тогда наше уравнение приводится к виду

dU

Умножим левую и правую часть (10) на 2 dx . Получим

d dU				2	d	(	U )
				= 4a
					dx
dx		dx

Интегрирование этого уравнения с учетом условий (6) и (8) дает

dU			2	dU
			= 4a U или			= 2 a dx
				U	1/ 4
	dx

Повторное интегрирование с учетом (6) дает

	4	U a 3 / 4	= 2 a x .
	3

Полагая в (11) x=d, из (7) находим

4	U a	3 / 4	= 2 a d .	(12)
3

Поделим (11) на (12). Тогда после простых преобразований получаем распределение потенциала в диоде:

U (x) =U		x		4 / 3	(13)
	a d .

Из последнего выражения легко получить распределение электрического поля в виде

dU

4 Ua

1/ 3

4 U

x 1/ 3

4

x 1/ 3

E = −

= −

x

= −

a

=

E

(14)

dx

3 d 4 / 3

3

3 d d

0

d

E0 — холодное поле в диоде. Из (14)

следует , что уже при x=d/64 E

достигает E0/3, при x≈0.4d E≈E0, а на аноде E=4/3 E0. Таким образом, наиболее сильное изменение поля по сравнению с распределением в холодном диоде происходит в узкой прикатодной области (см. рис.4), а вблизи анода, согласно (14) поле меняется относительно слабо по сравнению с холодным.

Рис.4.

Распределение электрического поля в холодном диоде (1) и в режиме ограничения тока пространствен-ным зярядом (2). Заштрихована область быстрого изменения поля.

Подставим теперь в (12) выражение для a . Тогда несложно получить, что ток в диоде

Электровакуумный диод — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Электровакуумный диод — вакуумная двухэлектродная электронная лампа. Катод диода нагревается до температур, при которых возникает термоэлектронная эмиссия. При подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения все эмитированные катодом электроны возвращаются на катод, при подаче на анод положительного напряжения часть эмитированных электронов устремляется к аноду, формируя его ток. Таким образом, диод выпрямляет приложенное к нему напряжение. Это свойство диода используется для выпрямления переменного тока и детектирования сигналов высокой частоты. Практический частотный диапазон традиционного вакуумного диода ограничен частотами до 500 МГц. Дисковые диоды, интегрированные в волноводы, способны детектировать частоты до 10 ГГц^[1].

Устройство

Электровакуумный диод представляет собой сосуд (баллон), в котором создан высокий вакуум. В баллоне размещены два электрода — катод и анод. Катод прямого накала представляет собой прямую или W-образную нить, разогреваемую током накала. Катод косвенного накала — длинный цилиндр или короб, внутри которых уложена электрически изолированная спираль подогревателя. Как правило, катод вложен внутрь цилиндрического или коробчатого анода, который в силовых диодах может иметь рёбра или «крылышки» для отвода тепла. Выводы катода, анода и подогревателя (в лампах косвенного накала) соединены с внешними выводами (ножками лампы).

Принцип работы

При разогреве катода электроны начнут покидать его поверхность за счёт термоэлектронной эмиссии. По мере того как электроны покидают поверхность катода и накапливаются в его в атмосфере там возникает область отрицательного заряда. При этом в такой же пропорции поверхность начинает заряжаться положительно. В итоге каждому следующему электрону для отрыва из атома потребуется больше энергии, а сами электроны будут удерживаться положительно заряженной поверхностью в некоторой ограниченной по объему области над катодом. В результате вокруг катода образуется своего рода облако электронов. Часть электронов с наименьшими скоростями из облака падает обратно на катод. При заданной температуре катода облако стабилизируется: на катод падает столько же электронов, сколько из него вылетает.

Уже при нулевом напряжении анода относительно катода (например, при коротком замыкании анода на катод) в лампе течёт ток электронов из катода в анод: относительно быстрые электроны преодолевают потенциальную яму пространственного заряда и притягиваются к аноду. Отсечка тока наступает только тогда, когда на анод подано запирающее отрицательное напряжение порядка −1 В и ниже. При подаче на анод положительного напряжения в диоде возникает ускоряющее поле, ток анода возрастает. При достижении током анода значений, близких к пределу эмиссии катода, рост тока замедляется, а затем стабилизируется (насыщается).

Вольт-амперная характеристика

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) электровакуумного диода имеет 3 характерных участка:

1. Нелинейный участок. На начальном участке ВАХ ток медленно возрастает при увеличении напряжения на аноде, что объясняется противодействием полю анода объёмного отрицательного заряда электронного облака. По сравнению с током насыщения, анодный ток при <math>U_a = 0</math> очень мал (и не показан на схеме). Его зависимость от напряжения растет экспоненциально, что обуславливается разбросом начальных скоростей электронов. Для полного прекращения анодного тока необходимо приложить некоторое анодное напряжение меньше нуля, называемое запирающим.

2. Участок закона степени трёх вторых. Зависимость анодного тока от напряжения описывается законом степени трёх вторых:

<math> j=g \cdot U_a^{3/ 2},</math>

где g — постоянная, зависящая от конфигурации и размеров электродов (первеанс). В простейшей модели первеанс не зависит от состава и температуры катода, в действительности растёт с ростом температуры из-за неравномерного нагрева катода.

3. Участок насыщения. При дальнейшем увеличении напряжения на аноде рост тока замедляется, а затем полностью прекращается, так как все электроны, вылетающие из катода, достигают анода. Дальнейшее увеличение анодного тока при данной величине накала невозможно, поскольку для этого нужны дополнительные электроны, а их взять негде, так как вся эмиссия катода исчерпана. Установившейся анодный ток называется током насыщения. Этот участок описывается законом Ричардсона-Дешмана:

<math>j = AT^2 \exp \left( -{e \varphi \over kT} \right),</math>

где <math>A={4\pi mek^2 \over h^3}=120 {\text{A} \over {\text{cm}^2 \text{K}^2}}</math> — универсальная термоэлектронная постоянная Зоммерфельда.

ВАХ анода зависит от напряжения накала — чем больше накал, тем больше крутизна ВАХ и тем больше ток насыщения. Чрезмерное увеличение напряжения накала приводит к уменьшению срока службы лампы.

Основные параметры

К основным параметрам электровакуумного диода относятся:

• Крутизна ВАХ: <math>S={dI_a \over dU_a}</math> — изменение анодного тока в мА на 1 В изменения напряжения.
• Дифференциальное сопротивление: <math>R_i={1 \over S}</math>
• Максимально допустимое обратное напряжение. При некотором напряжении, приложенном в обратном направлении (то есть изменена полярность катода и анода), происходит пробой диода — проскакивает искра между катодом и анодом, что сопровождается резким возрастанием силы тока.
• Запирающее напряжение — напряжение, необходимое для прекращения тока в диоде.
• Максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Крутизна и внутреннее сопротивление являются функциями от анодного напряжения и температуры катода.

Если температура катода постоянна, то в пределах участка «трех вторых» крутизна равна первой производной от функции «трех-вторых».

Маркировка приборов

Электровакуумные диоды маркируются по такому принципу, как и остальные лампы:

1. Первое число обозначает напряжение накала, округлённое до целого.
2. Второй символ обозначает тип электровакуумного прибора. Для диодов:
   • Д — одинарный диод.
   • Ц — кенотрон (выпрямительный диод)
   • X — двойной диод, то есть содержащий два диода в одном корпусе с общим накалом.
     • МХ — механотрон-двойной диод
     • МУХ — механотрон-двойной диод для измерения углов
3. Следующее число — это порядковый номер разработки прибора.
4. И последний символ — конструктивное выполнение прибора:
   • С — стеклянный баллон диаметром более 24 мм без цоколя либо с октальным (восьмиштырьковым) пластмассовым цоколем с ключом.
   • П — пальчиковые лампы (стеклянный баллон диаметром 19 или 22,5 мм с жёсткими штыревыми выводами без цоколя).
   • Б — миниатюрная серия с гибкими выводами и с диаметром корпуса менее 10 мм.
   • А — миниатюрная серия с гибкими выводами и с диаметром корпуса менее 6 мм.
   • К — серия ламп в керамическом корпусе.

Если четвертый элемент отсутствует, то это говорит о присутствии металлического корпуса!

Сравнение с полупроводниковыми диодами

По сравнению с полупроводниковыми диодами в электровакуумных диодах отсутствует обратный ток, и они выдерживают более высокие напряжения. Стойки к ионизирующим излучениям. Однако они обладают гораздо большими размерами и меньшим КПД.

Напишите отзыв о статье «Электровакуумный диод»

Примечания

1. ↑ Батушев, В. А. Электронные приборы. — М.: Высшая школа, 1969. — С. 52. — 608 с. — 90,000 экз.

Литература

1. Клейнер Э. Ю. Основы теории электронных ламп. — М., 1974.
2. Электронные приборы: Учебник для вузов/В. Н. Дулин, Н. А. Аваев, В. П. Демин и др.; Под ред. Г. Г. Шишкина. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 496 с.
3. Физический энциклопедический словарь. Том 5, М. 1966, «Советская энциклопедия»

Отрывок, характеризующий Электровакуумный диод

Князь наклонил голову и подошел к крыльцу. «Слава тебе, Господи, – подумал управляющий, – пронеслась туча!»
– Проехать трудно было, ваше сиятельство, – прибавил управляющий. – Как слышно было, ваше сиятельство, что министр пожалует к вашему сиятельству?
Князь повернулся к управляющему и нахмуренными глазами уставился на него.
– Что? Министр? Какой министр? Кто велел? – заговорил он своим пронзительным, жестким голосом. – Для княжны, моей дочери, не расчистили, а для министра! У меня нет министров!
– Ваше сиятельство, я полагал…
– Ты полагал! – закричал князь, всё поспешнее и несвязнее выговаривая слова. – Ты полагал… Разбойники! прохвосты! Я тебя научу полагать, – и, подняв палку, он замахнулся ею на Алпатыча и ударил бы, ежели бы управляющий невольно не отклонился от удара. – Полагал! Прохвосты! – торопливо кричал он. Но, несмотря на то, что Алпатыч, сам испугавшийся своей дерзости – отклониться от удара, приблизился к князю, опустив перед ним покорно свою плешивую голову, или, может быть, именно от этого князь, продолжая кричать: «прохвосты! закидать дорогу!» не поднял другой раз палки и вбежал в комнаты.
Перед обедом княжна и m lle Bourienne, знавшие, что князь не в духе, стояли, ожидая его: m lle Bourienne с сияющим лицом, которое говорило: «Я ничего не знаю, я такая же, как и всегда», и княжна Марья – бледная, испуганная, с опущенными глазами. Тяжелее всего для княжны Марьи было то, что она знала, что в этих случаях надо поступать, как m lle Bourime, но не могла этого сделать. Ей казалось: «сделаю я так, как будто не замечаю, он подумает, что у меня нет к нему сочувствия; сделаю я так, что я сама скучна и не в духе, он скажет (как это и бывало), что я нос повесила», и т. п.
Князь взглянул на испуганное лицо дочери и фыркнул.
– Др… или дура!… – проговорил он.
«И той нет! уж и ей насплетничали», подумал он про маленькую княгиню, которой не было в столовой.
– А княгиня где? – спросил он. – Прячется?…
– Она не совсем здорова, – весело улыбаясь, сказала m llе Bourienne, – она не выйдет. Это так понятно в ее положении.
– Гм! гм! кх! кх! – проговорил князь и сел за стол.
Тарелка ему показалась не чиста; он указал на пятно и бросил ее. Тихон подхватил ее и передал буфетчику. Маленькая княгиня не была нездорова; но она до такой степени непреодолимо боялась князя, что, услыхав о том, как он не в духе, она решилась не выходить.
– Я боюсь за ребенка, – говорила она m lle Bourienne, – Бог знает, что может сделаться от испуга.
Вообще маленькая княгиня жила в Лысых Горах постоянно под чувством страха и антипатии к старому князю, которой она не сознавала, потому что страх так преобладал, что она не могла чувствовать ее. Со стороны князя была тоже антипатия, но она заглушалась презрением. Княгиня, обжившись в Лысых Горах, особенно полюбила m lle Bourienne, проводила с нею дни, просила ее ночевать с собой и с нею часто говорила о свекоре и судила его.
– Il nous arrive du monde, mon prince, [К нам едут гости, князь.] – сказала m lle Bourienne, своими розовенькими руками развертывая белую салфетку. – Son excellence le рrince Kouraguine avec son fils, a ce que j’ai entendu dire? [Его сиятельство князь Курагин с сыном, сколько я слышала?] – вопросительно сказала она.
– Гм… эта excellence мальчишка… я его определил в коллегию, – оскорбленно сказал князь. – А сын зачем, не могу понять. Княгиня Лизавета Карловна и княжна Марья, может, знают; я не знаю, к чему он везет этого сына сюда. Мне не нужно. – И он посмотрел на покрасневшую дочь.
– Нездорова, что ли? От страха министра, как нынче этот болван Алпатыч сказал.
– Нет, mon pere. [батюшка.]
Как ни неудачно попала m lle Bourienne на предмет разговора, она не остановилась и болтала об оранжереях, о красоте нового распустившегося цветка, и князь после супа смягчился.
После обеда он прошел к невестке. Маленькая княгиня сидела за маленьким столиком и болтала с Машей, горничной. Она побледнела, увидав свекора.
Маленькая княгиня очень переменилась. Она скорее была дурна, нежели хороша, теперь. Щеки опустились, губа поднялась кверху, глаза были обтянуты книзу.
– Да, тяжесть какая то, – отвечала она на вопрос князя, что она чувствует.
– Не нужно ли чего?
– Нет, merci, mon pere. [благодарю, батюшка.]
– Ну, хорошо, хорошо.
Он вышел и дошел до официантской. Алпатыч, нагнув голову, стоял в официантской.
– Закидана дорога?
– Закидана, ваше сиятельство; простите, ради Бога, по одной глупости.
Князь перебил его и засмеялся своим неестественным смехом.
– Ну, хорошо, хорошо.
Он протянул руку, которую поцеловал Алпатыч, и прошел в кабинет.
Вечером приехал князь Василий. Его встретили на прешпекте (так назывался проспект) кучера и официанты, с криком провезли его возки и сани к флигелю по нарочно засыпанной снегом дороге.
Князю Василью и Анатолю были отведены отдельные комнаты.
Анатоль сидел, сняв камзол и подпершись руками в бока, перед столом, на угол которого он, улыбаясь, пристально и рассеянно устремил свои прекрасные большие глаза. На всю жизнь свою он смотрел как на непрерывное увеселение, которое кто то такой почему то обязался устроить для него. Так же и теперь он смотрел на свою поездку к злому старику и к богатой уродливой наследнице. Всё это могло выйти, по его предположению, очень хорошо и забавно. А отчего же не жениться, коли она очень богата? Это никогда не мешает, думал Анатоль.
Он выбрился, надушился с тщательностью и щегольством, сделавшимися его привычкою, и с прирожденным ему добродушно победительным выражением, высоко неся красивую голову, вошел в комнату к отцу. Около князя Василья хлопотали его два камердинера, одевая его; он сам оживленно оглядывался вокруг себя и весело кивнул входившему сыну, как будто он говорил: «Так, таким мне тебя и надо!»
– Нет, без шуток, батюшка, она очень уродлива? А? – спросил он, как бы продолжая разговор, не раз веденный во время путешествия.
– Полно. Глупости! Главное дело – старайся быть почтителен и благоразумен с старым князем.
– Ежели он будет браниться, я уйду, – сказал Анатоль. – Я этих стариков терпеть не могу. А?
– Помни, что для тебя от этого зависит всё.
В это время в девичьей не только был известен приезд министра с сыном, но внешний вид их обоих был уже подробно описан. Княжна Марья сидела одна в своей комнате и тщетно пыталась преодолеть свое внутреннее волнение.
«Зачем они писали, зачем Лиза говорила мне про это? Ведь этого не может быть! – говорила она себе, взглядывая в зеркало. – Как я выйду в гостиную? Ежели бы он даже мне понравился, я бы не могла быть теперь с ним сама собою». Одна мысль о взгляде ее отца приводила ее в ужас.
Маленькая княгиня и m lle Bourienne получили уже все нужные сведения от горничной Маши о том, какой румяный, чернобровый красавец был министерский сын, и о том, как папенька их насилу ноги проволок на лестницу, а он, как орел, шагая по три ступеньки, пробежал зa ним. Получив эти сведения, маленькая княгиня с m lle Bourienne,еще из коридора слышные своими оживленно переговаривавшими голосами, вошли в комнату княжны.
– Ils sont arrives, Marieie, [Они приехали, Мари,] вы знаете? – сказала маленькая княгиня, переваливаясь своим животом и тяжело опускаясь на кресло.
Она уже не была в той блузе, в которой сидела поутру, а на ней было одно из лучших ее платьев; голова ее была тщательно убрана, и на лице ее было оживление, не скрывавшее, однако, опустившихся и помертвевших очертаний лица. В том наряде, в котором она бывала обыкновенно в обществах в Петербурге, еще заметнее было, как много она подурнела. На m lle Bourienne тоже появилось уже незаметно какое то усовершенствование наряда, которое придавало ее хорошенькому, свеженькому лицу еще более привлекательности.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАМПЫ-ДИОДА

Основы электронной эмиссии.

В электронных лампах используются потоки свободных электронов в вакууме. Поэтому в каждой электронной лампе необходимо получить в достаточном количестве свободные электроны. Явление выделения свободных электронов с поверхности тех или иных веществ называют электронной эмиссией.

Испускание электронов под влиянием тепла называют термоэлектронной эмиссией. К другим видам эмиссии относятся: электростатическая или автоэлектронная эмиссия — вырывание электронов сильным электрическим полем, вторичная электронная эмиссия — выбивание электронов ударами быстро движущихся электронов, электронная эмиссия под ударами ионов, фотоэлектронная эмиссия — выделение электронов под действием лучей света.

 

Устройство лампы-диода

Работа электронных ламп основана на использовании термоэлектронной эмиссии, которая состоит в том,, что накаленный до высокой температуры проводник выделяет в окружающее пространство свободные электроны. Это объясняется тем, что в проводнике имеются беспорядочно движущиеся «полусвободные» электроны, скорость которых при нагревании увеличивается. При высокой температуре они движутся так быстро, что некоторые из них вылетают за .пределы проводника.

 

Рис.1 — Способы изображения цепей диода на схемах

Простейшая двухэлектродная электронная лампа или диод представляет собой два электрода в стеклянном или металлическом баллоне (рис.1).

Одним электродом лампы служит нить накала, называемая катодом, другим электродом является металлическая пластинка, называемая анодом.

Катод.

Катод служит для эмиссии электронов. Количество электронов, выделяемое катодом за каждую секунду, называют током эмиссии или просто эмиссией и выражают обычно в миллиамперах.

При малых температурах эмиссии практически нет, а при увеличении температуры она растет все быстрее и быстрее, достигая значительной величины при температурах порядка сотен градусов и выше. Чрезмерно повышать температуру нельзя, так как в конце концов нить перекалится и расплавится, что обычно не совсем правильно называют перегоранием.

Итак, чем больше температура катода, тем больше эмиссия. При увеличении поверхности катода эмиссия также становится больше. На величину эмиссии большое влияние оказывает материал катода.

Анод.

Анод служит для того, чтобы притягивать электроны, выделяемые катодом, и создавать в лампе поток свободных электронов.

Чтобы анод мог притягивать электроны, он должен быть заряжен положительно. Притяжение электронов к аноду объясняется тем, что между анодом и катодом образуется электрическое поле. Электроны, вылетевшие из катода, под действием этого поля движутся к аноду (рис.2).

 

Рис.2 — Действие электрического поля анода на электроны в диоде

Корпус лампы — баллон.

Баллон служит для того, чтобы внутри лампы можно было создать вакуум, т.е. пространство, из которого удален почти весь воздух. Для свободного движения электронов к аноду вакуум должен быть очень высоким. Наличие воздуха в лампе недопустимо и потому, что накаленный катод сгорит, т.е. вступит в химическое соединение с кислородом. Если вакуум недостаточен, то электроны при полете от катода к аноду, ударяя в молекулы воздуха, ионизируют их. Из молекул будет выбита часть электронов, и молекулы превратятся в положительные ионы. Ионы, отталкиваемые анодом, двигаются к катоду и создают ионный ток, нарушающий правильную работу лампы. В хорошей лампе после откачки остается не более одной миллиардной доли воздуха, бывшего вначале. Но зато ионные приборы основаны на использовании явления ионизации.

Воздух из баллона выкачивают сначала насосами .предварительного разрежения (форвакуумными насосами), а затем высоковауумными. Кроме того, в лампу заранее помещают кусочек металла магния или бария, называемый поглотителем или геттером. После откачки лампу разогревают, геттер испаряется и при охлаждении оседает на стекле баллона, покрывая его с внутренней стороны зеркальным (магний) или коричневато-черным (барий) налетом. Этот слой металла поглощает остатки воздуха и газы, выделяющиеся из электродов лампы во время работы, т.е. поддерживает высокий вакуум.

В цилиндрической конструкции электродов (рис.1 а) анод выполняется в виде цилиндра (трубочки), а катод прямой или согнут в виде буквы Л. В прямоугольной конструкции анод имеет форму коробочки, а катод сделан в виде -буквы Л или М (рис.1 б). Бывают и иные формы электродов. Материалом для анода служит обычно тугоплавкий металл, например никель, молибден, тантал, а иногда и уголь.

Основные характеристики лампы-диода вы можете прочитать, нажав на эту ссылку

 

Вакуумные электронные приборы — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Вакуумные электронные приборы — один из типов электровакуумных приборов. Главная особенность приборов данного типа — движение электронов происходит в вакууме.

Вакуумные электронные приборы обычно представляют собой герметично запаянные стеклянные, металлические или керамические (нувисторы) сосуды с различными электродами внутри, соединёнными с контактами внешнего разъёма прибора через стеклянный или керамический вакуумно-плотный изолятор. Предварительно из них удаляют воздух. Откачивание сопровождается прогревом, как тепловым, так и высокочастотным (реже СВЧ полем), внутренностей прибора с целью удаления абсорбированных газов. Также для этого используется геттер — круг или кольцо из тонкой жести, покрытый металлическим барием^{[источник не указан 91 день]} или специальным химическим составом, хорошо поглощающим газы как во время распыления, так и после. Это, как правило, самые ядовитые вещества в вакуумных приборах.

Чем меньше внутри останется газов, тем более долговечен прибор. Минимальное остаточное давление в электронных приборах, работающих при напряжениях до 1 кВ, для долговременной работы считается 10^-4Па. Для высоковольтных кинескопов (25 кВ) минимум составляет 10^-7 Па (5-10 лет). Для крупногабаритных устройств вроде ускорителей требования в тысячи раз выше.

В любом вакуумном приборе есть катод (прямого или косвенного нагрева, реже без подогрева — «холодный»), часто покрытый особым составом для высокой эмиссии электронов в вакуум рабочей зоны прибора; и анод — последний рабочий электрод, собирающий «отработанные» электроны.

Все вакуумные приборы имеют в качестве рабочего вещества электронный поток, летящий от катода к аноду и взаимодействующий по пути с простыми электродами (сетки и фокусирующие электроды) и сложными (СВЧ резонаторами, люминесцентными экранами, и тд.)

Вакуумные электронные приборы можно разделить на следующие классы:

• Батушев В. А. Электронные приборы. — М.: Высшая школа, 1980. — 383 с.
• В. Н. Дулин, Н. А. Аваев, В. П. Демин и др.; Под ред. Г. Г. Шишкина. Электронные приборы. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 496 с. — ISBN 5-283-01472-X.

Вакуумметр — Википедия

Вакуумме́тр (от вакуум + др.-греч. μετρεω «измеряю») — вакуумный манометр, прибор для измерения давления разрежённых газов.

Классические[править | править код]

Классические являются обычными манометрами (жидкостными либо анероидами) для измерения малых давлений. В жидкостных вакуумметрах в измерительном колене применяется масло с известной плотностью и с по возможности малым давлением пара с тем, чтобы не нарушать вакуум. Обычно жидкостные манометры изолируют от остальной вакуумной системы при помощи азотных ловушек — специальных устройств наполняемых жидким азотом и служащих для вымораживания паров рабочего вещества манометра. Область измеряемых давлений от 10 до 100000 Па.

Ёмкостные[править | править код]

Ёмкостные основаны на изменении ёмкости конденсатора при изменении расстояния между обкладками. Одна из обкладок конденсатора выполняется в виде гибкой мембраны. При изменении давления мембрана изгибается и меняет ёмкость конденсатора, которую можно измерить. После градуировки возможно использовать прибор для измерения давлений. Область измеряемых давлений от 1 до 1000 Па.

Терморезисторные[править | править код]

Терморезисторные работают в мостовой схеме, стремящейся поддерживать постоянное сопротивление (а значит температуру) терморезистора, открытого измеряемому давлению. Чем выше давление газа, тем большую мощность нужно подводить к терморезистору для поддержания неизменной температуры. Соответственно, между давлением и напряжением на датчике (током через него) имеется однозначная зависимость. Если терморезистором является платиновая нить, то такой датчик называется манометром Пирани. Примером могут служить отечественные датчики ПМТ-6-3. Терморезисторные манометры применяются для измерения давлений от 10⁻³ до 760 и более Torr

Термопарные[править | править код]

Принцип действия основан на охлаждении за счёт теплопроводности. Термопара находится в контакте с нагреваемым проводом. Чем лучше вакуум, тем меньше теплопроводность газа, и следовательно выше температура проводника (теплопроводность разрежённого газа прямо пропорциональна его давлению). Проградуировав подключенный к термопаре милливольтметр при известных давлениях можно использовать измеряемое значение температуры для определения давления. К термопарным относятся, например, отечественные датчики ПМТ-2 и ПМТ-4М. Область измеряемых давлений от 10⁻³ до 10 Torr

Ионизационные[править | править код]

Пеннинговская вакуумметр, открытый

Принцип действия основан на ионизации газа. По сути, представляют собой вакуумный диод, на анод которого подано положительное, а на дополнительный электрод, называемый коллектором, большое отрицательное напряжение. При понижении давления газа уменьшается число атомов, способных подвергнуться ионизации, и соответственно ионизационный ток (ток коллектора), текущий между электродами при данном напряжении. Область измеряемых давлений от 10⁻¹² до 10⁻¹Torr. Подразделяются на вакуумметры с холодным катодом (Пеннинга и магнетронные) и с накаливаемым катодом. К последним относится датчик ЛМ-2 с постоянной 10⁵мкА/мм.рт.ст.

Альфатрон[править | править код]

Разновидность ионизационного вакуумметра. Отличается от последнего тем, что для ионизации используются не электроны, а альфа-частицы, испускаемые источником (порядка 0,1-1мКюри) на радии или плутонии. Альфатроны проще, надежнее, и точнее вакуумметров с катодом, но из-за низкой чувствительности, требующей очень сложной схемы измерения сверхмалых токов, не могут их заменить. Обычно используются в том же диапазоне давлений, что и термопарные (терморезисторные) вакуумметры.

Напрямую следует из его типа, поскольку назначение у этих приборов одно и то же, а вот точность и предел измерений достаточно сильно отличаются. Так механическими, можно измерять разрежение до 100 Па (1 Па = 10⁻⁵ Бар), жидкостными – до 0,1 Па, тепловыми – до 0,001 Па, а компрессионными – до 0,001 Па (для примера, ионизационные вакуумметры способны измерить разрежение до 10⁻⁸ Па, и это не предел).

Есть всего два основных элемента: один из них преобразует в электрический сигнал любые изменения состояния чувствительного элемента, другой — оценивает этот сигнал, пересчитывает в единицы давления, и информирует пользователя прибором о степени разрежения на контролируемом участке технологической линии или отдельного механизма. С механическими (анероидами) еще проще: ввернул — и считывай показания по стрелке (поскольку оба элемента объединены в одном корпусе прибора)

Измерительный блок вакуумметра – часть вакуумметра, предназначенная для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, и содержащая блок питания и все электрические цепи, необходимые для работы вакуумметра. В настоящее время среди ведущих мировых производителей вакуумного измерительного оборудования наблюдается тенденция объединения в одном компактном корпусе измерительного блока и преобразователя давления, вакуумметры имеющие такую конструкцию получили название компактные моноблочные вакуумметры. 

Отсчетное устройство вакуумметра – часть измерительного блок вакуумметра, предназначенная для отсчитывания значения измеряемой величины. Как правило в современных вакуумметрах отсчетное устройство представляет собой жидкокристаллический дисплей. 

Блок управления

Область применения вакуумметров достаточно широка: они используются и в промышленности, и в быту — везде, где нужно знать и регулировать давление: для контроля работы вакуумных насосов, степени разрежения в маслопроводах или технологических полостях, в лабораторных исследованиях, для обслуживания кондиционеров, в автосервисах — для измерения давления во впускном коллекторе. Термопарный и ионизационный вакууметры широко применяются в промышленности и экспериментах, так как являются массовыми, хорошо повторяемыми приборами. Практически все выполняются в виде электронных ламп со стеклянным отростком, соединяющимся с исследуемым объёмом с помощью шланга или припаивания.

• Лиофилизация
• Химическое производство
• Системы молекулярной перегонки
• Обслуживание вакуумных насосов
• Анализаторы, спектрометрия
• Вакуумирование и заправка систем охлаждения
• Вакуумная упаковка
• Вакуумная теплоизоляция, двустенные сосуды и трубопроводы
• Изготовление полупроводниковых и электронных компонентов
• Контроль качества