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

16200. Частное и субсидиарное обвинение. Учебное пособие 915.5 KB
  В монографии анализируются актуальные вопросы наделения частных лиц правом уголовного преследования. Основанная на личном опыте адвокатской деятельности автора и масштабном изучении научной литературы, законодательства и судебной практики, предлагаемая работа содержит не только их критический анализ
16201. Документальная информация о хозяйственных обществах в Украине. Учебное пособие 682.5 KB
  В монографии исследованы возникновение и историческое развитие понятий «документ» и «документальная информация», дана классификация информации, а также изучена юридическая природа информационных отношений с участием государственных органов (реестров) на примере Единого государственного реестра предприятий и организаций Украины
16202. История государства и права. Учебное пособие 526.5 KB
  Цикл лекций охватывает первый раздел курса Истории государства и права зарубежных стран. В нем ставится задача показать два пути наиболее раннего становления политико-правовой формы человеческой жизнедеятельности. Один из этих путей в исторической литературе называется Восточным или азиатским
16203. Уголовно-исполнительное право. Учебное пособие 2.41 MB
  Перминов О. Г. Уголовноисполнительное право учебное пособие для студентов высших учебных заведений обучающихся по специальности юриспруденция Москва 1999 Былина ББК 67.99 П82 Перминов О.Г. Уголовноисполнительное право: учебное по
16204. Основы работы в текстовом редакторе MS Word 56.5 KB
  Отчет по лабораторной работе № 5 Тема работы: Основы работы в текстовом редакторе MS Word Цель работы: Ознакомиться с основами работы в текстовом редакторе WORD. Научиться редактировать документ овладеть способами копирования и перемещения текста применять стили форм...
16205. Вопросы по ключам 135 KB
  Вопросы по ключам. 1 .Чтотакое глубина насыщения транзисторного ключа и на какие его свойства и как она оказывает влияние Режим насыщения имеет место при прямом смещении обоих рп переходов транзистора. При этом падение напряжения на переходах как правило на превышает...
16206. Вопросы по компонентам ИС 36.5 KB
  Вопросы по компонентам ИС. 1.Какова физическая структура резистора ИС Есть ли ограничения на их свойства Простейшим резистором ИМС является слой полупроводника изолированный от других элементов ИМС. Существует несколько способов изоляции самый распространенный и
16207. Ответы по стабилизаторам напряжения 35 KB
  Вопросы по стабилизаторам напряжения. 38. Чем определяется амплитуда колебаний выходного напряжения в компенсационных стабилизаторах с импульсным регулированием при неизменном входом напряжении и токе нагрузки Наиболее распространенная силовая часть компенсацио
16208. Ответы по усилителям мощности 39 KB
  Вопросы по усилителям мощности. 24. Каким образом в УМ рабочую точку транзисторов смещают в класс А АВ В Рис. 1 Рис.2 В режиме класса А выбор рабочей точки покоя производится таким образом чтобы входной сигнал полностью помещался на линейном участке выходной ВАХ транзи