1. Вакуумный диод.

Вакуумный диод состоит из катода К в виде тонкой прямой нити и анода А, часто представляющего собой коаксиальный с нитью цилиндр (рис 1.1). Катод и анод впаяны в стеклянный баллон, внутри которого создан высокий вакуум.

При неизменном токе накала, т.е. при неизменной температуре катода, сила анодного тока зависит от анодного напряжения. При постепенном повышении анодного напряжения сила анодного тока Iа растет (рис. 1.2) до определенного значения Iн, после чего она оста­ется неизменной, несмотря на дальнейшее увеличение анодного напря­жения.

Наибольший ток, возможный при данной температуре катода, называют током насыщения.

График (рис. 1.2) называют вольтамперной характеристикой диода.

Пояснение к графику. При анодном напряжении, равном нулю, вылетевшие из катода электроны образуют вокруг него отрицательный пространственный заряд, называемый электронным облаком, кото­рый отталкивает вылетающие из катода электроны. Большая их часть возвращается на катод и лишь незначительному числу электронов удается долететь до анода; по­этому при Uа = 0 сила анодного тока Iа немногим больше нуля. Для того чтобы Iа = 0, нужно приложить к аноду небольшое отрицательное на­пряжение. Поэтому вольт-амперная характеристи­ка диода начинается немного левее начала ко­ординат.

С увеличением положительного анодного напря­жения увеличивается число электронов, переноси­мых на анод, и электронное облако около катода постепенно уменьшается. Когда оно полностью исчезает, т. е. когда все термоэлектроны, вылетающие из катода, достигают анода, сила анодного тока перестает расти и он становится током насыщения.

Очевидно, что для увеличения тока насыщения необходимо увеличить число электронов, вылетающих за 1 с. из катода, т. е. нужно повысить температуру катода, усилив ток накала. На рис. 1.3 приведены вольт-амперные характеристики диода при различных тем­пературах катода, причем T1 < T2 < T3.

Рассмотренный выше катод прямого накала не пригоден при нагреве катода переменным током, так как в этом случае возникают колебания анодного тока, вызванные небольшими периодическими изменениями температуры нити катода. От этого недостатка свободен диод с катодом косвенного накала (подогревным). Его условное обозначение дано на рис. 1.4. Подогревной катод состоит из ке­рамической трубочки, внутри которой помещен проводник-нагрева­тель, питаемый переменным током. На трубочку надет массивный никелевый цилиндрик, испускающий при нагревании электроны. Он покрыт оксидным слоем, уменьшающим работу выхода электрона. Достаточно большая масса катода обеспечивает постоянство его тем­пературы. В настоящее время катоды косвенного накала применяют и в других электронных лампах.

Двухэлектродная электронная лампа пропускает ток только в одном направлении. Поэтому ее используют в качестве выпрямителя переменного тока. Диод, действующий как выпрямитель, называют кенотроном.

Через кенотрон ток протекает лишь в течение одной половины периода переменного тока, когда в диоде он направлен от анода к катоду. На рис. 1.5 приведен график выпрямленного тока: по оси абсцисс отложено время, по оси ординат — сила тока. Такой ток называют однополупериодным пульсирующим.

Если в цепь включить два кенотрона или кенотрон с двумя ано­дами, то можно использовать оба полупериода переменного тока. Изменение силы двухполупериодного выпрямленного тока со временем показано на рис. 1.6.

2. Вакуумный триод.

Трехэлектродная лампа, или триод, содержит кроме катода и анода еще третий электрод — управляющую сетку. Обычно сетка представляет собой спиральную проволочку C, окружающую прямолинейный катод. Ось цилиндрического анода совпадает с осью катода и сетки (рис. 2.1). Условное изображение триода и принцип его включения для усиления анодного тока показаны на рис. 2.2. Здесь А—анод лампы; К—ее катод; С—сетка; БА—анодная батарея; БС — сеточная батарея, создающая напряжение между сеткой и катодом; R — потребитель тока.

Сетка расположена ближе к катоду, чем анод, и на пути катод — сетка на электроны действует суммарное поле: созданное между ано­дом и катодом и создаваемое между сеткой и катодом. Во время работы лампы лишь часть электронов попадает на сетку и движется к катоду по внешней цепи, образуя сеточный ток.

Если потенциал сетки положителен по отношению к катоду, то движение электронов от катода к аноду убыстряется, и анодный ток растет. Если же потенциал сетки отрицателен по отношению к катоду, то движение электронов к аноду замедляется, и анодный ток умень­шается. При достаточно большом по абсолютному значению отрица­тельном потенциале сетки анодный ток полностью прекращается — в этом случае говорят, что «лампа заперта». Для улучшения действия электронной лампы в нее вводят до­полнительные сетки. Лампу с двумя сетками называют тетродом (т. е. четырехэлектродной), с тремя — пентодом (пятиэлектродной). Появление электронных ламп разнообразных устройств, основанных на их применении, сыграли огромную роль в развитии радио. Триод также применяют, как генератор электрических колебаний.

3. Электронная пушка.

Электронная пушка - вакуум­ное устройство (обычно диод) для получения пучков электронов (рис 3.1). Электроны в электронной пушке вылетают из катода и ускоря­ются электрическим полем . Ис­пускание электронов из катода происходит главным образом в процессах термоэлектрон­ной эмиссии, эмиссии из плазмы, ав­тоэлектронной эмиссии. Формирова­ние заданного распределения элект­ронного пучка на выходе из электронной пушки осуществляется подбором конфигу­рации и величины электрических и магнитных полей. Термин «Электронная пушка» чаще применяют к устрой­ствам для формирования высокоинтенсивных электронных пучков (силь­ноточные электронные пушки); слаботочные электронные пушки, представляющие собой более простые совокупности электродов и использу­емые в клистронах, электронно-лучевых приборах и т. д., обычно называют электронными прожекторами (рис. 3.2).

4. Электронно-лучевая трубка.

Схема устройства электроннолучевой трубки представлена на рис. 4.1. В ее узкий конец вмонтирована электронная пушка П, состоящая из термокатода К, анода А и нескольких металлических колец. Электроны вылетают из катода, нагреваемого электрическим током, а электрическое поле металлических колец (фокусирующего устройства) сводит их в узкий пучок—электронный луч. Широкое дно Э электроннолучевой трубки покрыто слоем флуоресцирующего вещества и служит экраном. Под действием ударов попадающих на него электронов экран светится, и в том месте, куда попадает электронный луч, появляется обычно зеленое светлое пятнышко F.

Между электронной пушкой и экраном помещены управляющие электроды, образующие два конденсатора: C1 и С2. Электрические поля заряженных конденсаторов взаимно перпендикулярны. Поле конденсатора С1 отклоняет луч в горизонтальном направлении, поле конденсатора С2 — в вертикальном. Изменяя напряжение на пластинах каждого из конденсаторов, можно отклонить электронный луч в любом направлении так, что пятнышко возникает на экране на различных расстояниях от его центра. В центр экрана электроны попадают, когда конденсаторы не заряжены.

В некоторых типах электроннолучевых трубок отклонение элект­ронного пучка производится магнитным полем. При этом вместо отклоняющих пластин действуют две взаимно перпендикулярные пары катушек, расположенные снаружи трубки. Каждая пара катушек создает перпендикулярное лучу магнитное поле.

Электроннолучевые трубки имеют огромное практическое значение. Их применяют в радиолокационных установках, телевизорах, элект­ронных микроскопах и других приборах. Без электронного осцил­лографа не обходится ни одна физическая лаборатория, им широко пользуются в медицине, биологии и т. д. Электронная пушка работает в современной рентгеновской трубке, в электронном микроскопе. Нагревание, которое вызывает электронный пучок, попадая на какое-либо тело, используют для плавки сверхчистых металлов в вакууме. )