18130

Вплив КРП на ВАХ дiоду

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Вплив КРП на ВАХ дiоду На практицi зустрiчається декiлька випадкiв впливу КРП на ВАХ. Маємо вакуумний дiод у якого анод i катод виготовлено з одного матерiалу наприклад з вольфраму тобто еа=ек. В зв€язку з цим маємо таку картину. Рiвнi Фермi Eok=Eoa. Значить Vкрп=0. Ро

Украинкский

2013-07-06

200.71 KB

0 чел.

Вплив КРП на ВАХ дiоду

На практицi зустрiчається декiлька випадкiв впливу КРП на ВАХ.

  1.  Маємо вакуумний дiод, у якого анод i катод виготовлено з одного матерiалу (наприклад з вольфраму), тобто еа=ек. В зв”язку з цим маємо таку картину.

Рiвнi Фермi Eok=Eoa. Значить Vкрп=0. Розiгрiємо катод до такої температури, щоб вiн мав змогу емiтувати. Через те, що для електронiв у вакуумi немає потенцiальноi перешкоди, то самi високоенергетичнi досягнуть аноду i без анодноi напруги (див. рис.) При Uа=0 струм на анод буде мати якесь значення Jamin.

Коли на анодi буде позитивний потенцiал по вiдношенню до катоду, енергетична дiаграма має вигляд:

На цьому рис. еVaце робота виходу матеріалу анода.

Як видно, електронам ще простiше потрапляти на анод – вони скочуються з бар”єру. Якщо на анодi «мiнус » потенцiалу, то енергетична дiаграма має вигляд:

На анод потраплятимуть лише самi високоенергетичнi електрони. При Ua=Ua1 потенцiальний барер буде таким високим, що ja=0.

  1.  Маємо еa >> ек (~1eВ). Мiж цими електродами виникае контактна рiзниця потенцiалiв, що буде пiдвищувати потенцiальний барер для електронiв катоду (дивись рис.).

В такому варiантi навiть самi високоенергетичнi електрони не зможуть потрапити на анод. Для того, щоб прилад зафiксував анодний струм, до аноду потрiбно прикласти достатнiй позитивний потенцiал U>Ua2. З ростом Ua рiвнi електрохiмiчного потенцiалу будуть вирiвнюватися, тобто потенцiальний барер буде знижуватись i Ia буде зростати. Коли анодна напруга зкомпенсує Vкрп, анодний струм досягає насичення. На ВАХ крива (2) буде зсунутою вiдносно кривоi (1) на |Vкрп|=|еaек|. При «–» на анодi випадок «2» буде посилюватися – на анод електрони не пiдуть взагалi.

  1.  еa<ек. В цьому випадку КРП «працюе» на Ia: навiть при Ua=0 анодний струм матиме помiтне значення [дивись на рис. ВАХ – (3)]. А щоб «заперти» катод, тобто щоб нi один електрон не потрапив на анод, треба на анод подати помітний негативний потенціал. Як i у випадку (2) |Vкрп|=|екеa|. Робота виходу матерiалу, що є шуканою, дуже легко визначається з одержаних ВАХ. Про цей метод я Вам казав на попереднiй лекцii, називаючи його методом КРП у варiантi Андерсона.

Переваги цього методу: не треба грiти матерiал, роботу виходу якого треба визначити, тобто це є неруйнуючий метод. Ним дуже зручно користуватися, коли потрiбно слiдкувати з часом за змiною роботи виходу: наприклад, при адсобцii однiєi речовини на iншу або при адсобцii газових молекул на метал.

Недолiк методу: він не є абсолютним методом, як, наприклад, метод прямих Рiчардсона або метод повного струму.


Закон трьох других.

Знайдемо закон, за яким анодний струм Ia залежить вiд анодноi напруги Ua. Для простоти мiркувань будемо вважати, що початкова швидкicть електронiв дорiвнює нулю. Це значить, що на ВАХ при Ua=0 i Ia=0; i тим бiльше – Ia=0 при Ua<0.

На рис.а) наведено хiд силових лiнiй поля при холодному катодi. Силовi лiнii, що виходять з аноду А, закiнчуються на катодi К. Тепер нагрiємо катод до такої температури, щоб він міг емітувати . Електрони, рухаючись до аноду, створюють об”ємний заряд в просторi мiж катодом i анодом. Через це напруженicть поля на катодi зменшується.   визначаеться так:  = dU/dx = tg, тобто електрони частково екранують катод (дивись рис.б). Якщо катод ще сильнiше нагрiти, щоб поле об”ємного заряду стало ще бiльшим, нiж анодне, то силовi лiнii поблизу катоду будуть спрямованi від катоду. Тобто поле буде спрямовувати електрони об”ємного заряду назад до катоду (дивись рис. в).

Коли напруженiсть поля на поверхнi катоду дорiвнюе нулю, анодний струм досягає свого кiнцевого значення: всi електрони, що емiтованi катодом, потрапляють на анод (рис. г).  На рисунках Ua усюди однакова, тому для випадку г) треба така температура, щоб усi лiнii електричного поля були задiянi електронами.

Для знаходження розподiлу потенцiалу в просторi А–К використовується рiвняння Лапласа–Пуассона.

d2U/dX2= – (x) ,                                                       (1)

де (x) – густина зарядiв.

Його можна розвязувати за таких граничних умов: U(X)=Ua,    dU/dX=0 при Х=0

Нехай n – кiлькicть електронiв в одиницi обему простору А–К. Тодi  = - ne, а j= nev, тобто =j/v – густина зарядiв, через те, що v=(2eU/m)1/2, то = - j(m/2e)1/2U-1/2

Тут одна змiнна U(x), тому:

d2U/dX2 = j(m/2e)1/2*U-1/2

Пiсля iнтегрування одержимо: U=[9/4j* (m/2e)1/2 X2 ]2/3 = C*X4/3

Звiдси маємо               j=4/9*(2e/me)1/2*Ua3/2/Xa2

Це рiвняння Чайльда – Ленгмюра, або закон трьох – других: густина струму емісії росте пропорцiйно до анодноi напруги в ступенi 3/2.

Пiсля пiдстановки сталих е, me ми маемо:      j=2,34*10-6 Ua3/2/Xa2

Тепер варто згадати, що ми припустили нульове значення швидкостi електронiв на початку руху. Але це не так: середня кiнетична енергiя електронiв, що залишили катод, дорівнює 2kT. Що станеться з рiвнянням Чайльда – Ленгмюра, коли швидкість електронів не нульова?

     Розглянемо спочатку випадок, коли завдяки початковiй швидкоcтi електронiв, вони, виходячи з катоду, летять до аноду i заряджають його негативно до величини U1. Катод, втрачаючи електрони, заряджається позитивно.З-за цього бiльша частина електронiв, що вийшли з катоду, пройде невелику вiдстань i вертається на катод. Тому поблизу катоду об”ємний заряд є максимальним.

Якщо на анод тепер подати |U2|<|U1|, то самi високоенергетичнi електрони (що мають найбiльшi швидкоcтi) досягнуть аноду (крива б ). Iншi електрони утворюють об”ємний негативний заряд, густина якого бiльша, нiж поблизу аноду. Таким чином в просторi А – К утворюється мiнiмум потенцiалу. Це так званий вiртуальний катод.

Якщо на анодi невелика позитивна напруга Uз, то min потенцiалу залишається, бо на анод пiде лише частина електронiв, але вiн зменшиться на величину U i наблизиться до катоду на величину x (крива в).

Якщо анодна напруга U4 буде настiльки високою, що напруженiсть поля на катодi буде дорiвнювати нулю через розсмоктування негативного обемного заряду, анодний струм Ia стане рiвним струму емicii Ie катоду, тобто одержимо струм насичення. Цей випадок вiдображено на рисунку кривою г).

Надалi, при зростаннi Ua струм може рости лише через ефект Шотткi. Розподiл потенцiалу буде подiбним до кривої г).

На практицi найчастiше всього електрони тягнуть на анод з об”ємного просторового заряду. Це необхiдно для того, щоб флуктуацii в колах живлення ЕВП не змiнювали ВАХ, тобто не змiнювали робочi параметри приладiв. Тому i є цiкавим випадок в) на рисунку. Ця крива розподiлу потенцiалу в законi Чайльда – Ленгмюра робитиме такi змiни: замiсть вiдстанi А – К треба брати вiдстань вiртуальний катод – анод, а замiсть Ua записувати UaUm.


j
=2,34*10-6(Ua - |Um|)3/2 /(Xa - Xm)2

На практицi дуже часто використовують i цилiндричнi дiоди. Але для них закон 3/2 справедливий теж.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

8027. Вивчення об’єктів проектування на уроках трудового навчання та методики визначення ступеня сформованості трудових якостей особистості учня 134 KB
  Тема: Вивчення об’єктів проектування на уроках трудового навчання та методики визначення ступеня сформованості трудових якостей особистості учня Мета роботи: Вивчення об’єктів проектування та орієнтовного переліку творчих проекті...
8028. Вивчення педагогічних вимог та ознайомлення з обладнанням шкільних навчальних майстерень з трудового навчання 118 KB
  Тема: Вивчення педагогічних вимог та ознайомлення з обладнанням шкільних навчальних майстерень з трудового навчання Мета роботи: Ознайомитись з основними вимогами до обладнання шкільних майстерень з трудового навчання та організацією робочих місць. ...
8029. Знакомство с пакетом MatLab 49.74 KB
  Знакомство с пакетом MatLab Выполнить действия в Matlab и сравнить полученный результат с приведенным ответом. Задать мат...
8030. Алгоритм обмена сообщениями о статусе синхронизации - SSM 113.5 KB
  Алгоритм обмена сообщениями о статусе синхронизации - SSM 1 Цель работы Изучение алгоритма обмена сообщениями о статусе синхронизации SSM (SynchronizationStatusMessage, укр. - ПСС, повідомлення про статус синзхронізації), широк...
8031. Педагогика как наука, её выделение в особую отрасль знания и предмет исследования 21.2 KB
  Педагогика как наука, её выделение в особую отрасль знания и предмет исследования Становление и развитие педагогики как науки. Категориальный аппарат педагогики Педагогика - с греческого детоводство. В Древней Греции называли педагогом раба, котор...
8032. Традиционно выделяют три этапа в истории педагогической мысли 28.92 KB
  Традиционно выделяют три этапа в истории педагогической мысли: Донаучный (с древнейших времен до XVIIв.). эмпирический (первобытнообщинный, рабовладельческий и феодальный строй). Народные педагогика, решавшая решающую роль в духовном и физичес...
8033. Современная педагогика 21.21 KB
  Современная педагогика - это наука о закономерностях воспитания в течение всей жизни. В процессе развития педагогики образовывались все новые связи с другими науками, что привело к выделению различных отраслей педагогики в системе педагогически...
8034. Связь педагогики с различными естественными и гуманитарными науками 21.28 KB
  Связь педагогики с различными естественными и гуманитарными науками Педагогика взаимосвязана с философией и использует ее основные методологические подходы (системный, личностный, деятельностный, полисубъектный и др.) для обоснования сущности педаго...
8035. Педагогические категории и понятия 24.69 KB
  Педагогические категории и понятия Основные педагогические понятия, выражающие научные обобщения, принято называть педагогическими категориями. К ним относятся воспитание, обучение, образование. Педагогика широко оперирует также общенаучными категор...