Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Закон степени 3/2Стр 1 из 4Следующая ⇒
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Для диода, работающего в режиме объемного заряда, анодный ток и анодное напряжение связаны нелинейной зависимостью, которая выражается законом трех вторых. Рассмотрим зависимость силы тока, протекающего в вакууме между электродами, от приложенной разности потенциалов. Электроды будем считать плоскими, а ось направим нормально поверхности электродов. Потенциал катода примем за нуль , а потенциал анода обозначим (рис. 1П1). Допустим, что площади пластин катода и анода достаточно велики и при расчете плотности тока вблизи линии, соединяющей центры электродов, можно пренебречь изменением величин в направлениях, перпендикулярных этой линии, считая все величины зависящими только от координаты . Уравнение Пуассона для потенциала имеет вид: , (1П1) где – концентрация электронов. Закон сохранения энергии для электронов, движущихся между анодом и катодом, запишется как: , (2П1) где – скорость движения электронов в точке с потенциалом . Объемная плотность тока в этой точке: . (3П1) Все величины в правой части (3П1) являются положительными. Вычислив из уравнения (2П1) скорость , и подставив в уравнение (3П1), находим: . (4П1) С учетом уравнения (4П1) уравнение Пуассона преобразуется к виду: , (5П1) где – постоянная. Умножая обе части уравнения (5П1) на , получаем: . (6П1) Учитывая, что: ; , (7П1) уравнение (6П1) запишется в виде: . (8П1) Теперь можно проинтегрировать обе части полученного уравнения (8П1) по в пределах от 0 до того значения , при котором потенциал равен . Тогда: , (9П1) где учтено, что . Выше было показано, что напряженность поля на катоде равняется нулю, а, следовательно, и . Поэтому получаем: (10П1) или . (11П1) Интегрируя обе части уравнения (11П1) в пределах от , до , получаем: . (12П1) Возводя обе части в квадрат и учитывая, что: , получаем: (13П1) или , (14П1) где . Учитывая, что плотность тока есть: , (15П1) где – действующая площадь анода, получим зависимость силы тока, протекающего в вакууме между электродами, от приложенной разности потенциалов: . (16П1) Расчет аналогичной задачи для коаксиальных цилиндрических электродов, для концентрических сферических электродов приводит к такому же виду зависимости объемной плотности тока от разности потенциалов в степени три вторых. В случае коаксиальных сферических электродов выражение, называемое «законом 3/2» или уравнением Богуславского–Ленгмюра имеет вид: . (17П1) где – радиус анода, – длина катода, – коэффициент, зависящий от отношения радиусов анода и катода. Теоретическое рассмотрение вопроса о зависимости анодного тока от величины анодного напряжения в вакуумном диоде было проведено при следующих допущениях: 1) начальные скорости электронов, эмитируемых катодом, настолько малы, что можно считать их равными нулю; 2) анодный ток далек от насыщения; 3) объемный заряд создает такое распределение потенциала, что непосредственно у поверхности катода напряженность электрического поля равна нулю.
|