Меню

Чему равен анодный ток

В режиме насыщения число электронов, вылетевших с катода, равно числу электронов, достигших анода. Ток эмиссии равен анодному току.

Как видно из анодной характеристики, увеличение анодного тока не прямо пропорционально изменению напряжения на аноде. Чем больше анодное напряжение, тем быстрее возрастает анодный ток. Этот закон нарушается лишь в режиме насыщения, поскольку все ресурсы для увеличения потока электронов на анод оказываются исчерпанными. Тогда только увеличение тока эмиссии (повышение напряжения накала) может вызвать повышение анодного тока.

Рассмотрим зависимость, связывающую анодный ток и анодное напряжение в диоде, образованном двумя плоскими, безграничными, параллельными, друг другу пластинами (рис. 8), для которых можно, пренебречь краевым эффектом и считать поле между анодом и катодом однородным. Примем следующие допущения.

Рис. 8. К выводу закона степени 3/2.

Пусть на поверхности катода (x = 0) U = 0 и начальная

скорость электронов = 0 и потенциал анода U = Uа. Скорость электрона в каждой точке междуэлектродного пространства, если = 0, определяется выражением

Учитывая, что в междуэлектродном пространстве существует пространственный заряд, воспользуемся уравнением Пуассона, которое при условии, что Ey = Ez = 0 и явления происходят в вакууме, можно записать в виде

— объемная плотность заряда.

Выражая элементарный объем ΔV через произведение элементарной площадки Δs на расстояние Δх, которое можно записать как произведение скорости электрона на время Δх = Δt, получим:

В этом выражении — плотность тока.

или с учетом (12) имеем:

Подставляя выражение для в (13), запишем уравнение Пуассона в виде

Умножая обе части равенства на 2 и интегрируя от 0 до х, получим:

Постоянные интегрирования равны нулю, так как при x = 0 U = 0 и .

Интегрирование (19) после извлечения корня из обеих частей равенства и разделения переменных приводит к следующему результату:

Отсюда легко определить плотность тока:

Плотность анодного тока можно найти, заменив х = rа. Подставляя численные значения е и m, и выражая ток в амперах, а разность потенциалов в вольтах, получим:

, а/см 2 . (22)

Чтобы найти величину анодного тока, умножим (22) на величину поверхности анода:

— для данного типа лампы величина постоянная.

Выражение (23), отображающее аналитически функцию Iа = f(а), носит название закона степени трех вторых.

Согласно начальным условиям закон (23) получен для диода, образованного двумя плоскими электродами. При цилиндрической конструкции электродов в знаменатель правой части (23) следует ввести поправочный коэффициент β 2 , зависимость которого от соотношения ra/rк представлена на рис. 9.

Величина Qa, использованная при выводе, называет эффективной поверхностью анода. Для цилиндрической конструкции электродов она равна внутренней поверхности анода, так как катод обычно длиннее анода и электроны попадают на всю внутреннюю поверхность анода. Для плоских электродов эффективной поверхностью считают ту часть поверхности анода, на которую падают электроны.

Выражение (23), определяющее изменение анодного тока в зависимости от анодного напряжения в соответствии с полукубической параболой (степень 3/2), справедливо для режима пространственного заряда. В режиме насыщения, в идеальном случае, ток анода не должен зависеть от напряжения на аноде. Идеальные анодные характеристики диода, соответствующие аналитической зависимости, представлены на рис. 10.

Как видно из сравнения рис. 7,а и рис. 10, реальные анодные характеристики значительно отличаются от идеальных. Причина этого заключается в особенностях прохождения тока в диоде, не учтенных при выводе закона степени 3/2. Основные из этих особенностей следующие.

Рис. 9. График для определения величины коэффициента β 2 .

Рис. 10. Идеальные анодные характеристики диода.

Источник

ИЗМЕРЕНИЕ АНОДНОГО ТОКА

ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЯЮЩЕГО (ЗАДЕРЖИВАЮЩЕГО) НАПРЯЖЕНИЯ

На Рис. 5 показано подключение источника питания накала ИПН и источника анодного напряжения ИПА. Расположение контактов 0. 7 примерно соответствует их расположению на панели прибора. Напряжение ИПА приложено между линией «ОБЩ» (контакт «0») и контактом «6», однако оно не равно ускоряющему или задерживающему напряжению между анодом и катодом лампы. Отличия обусловлены следующими причинами.

1. Напряжение накала смещает потенциал катода на уровень j3 относительно уровня линии «ОБЩ», который принят за начало отсчета потенциала. Для исключения этого смещения нужно измерять ускоряю­щее напряжение между контактами «3» и «6» (показано пунктиром).

2. Падение напряжения на анодном сопротивлении дает погрешность DUa = Ia×Ra. Эта величина легко вычисляется и учитывается при определении ускоряющего напряжения.

3. Падение напряжения на нити накала Uнити = j2 – j1 порядка 1-3 В приводит к тому, что для электронов, вылетевших из разных участков нити, ускоряющие (задерживающие) напряжения различны. При измерениях с большими ускоряющими напря­жениями (десятки или сотни вольт) этой величиной можно пренебречь, что мы и сделаем при определении работы выхода электронов. Однако при изучении начальных участков вольтамперной характеристики с ускоряющими напряжениями в единицы или доли вольта, это явление полностью «замазывает» интересующий нас результат. В этом случае применяется им­пульсное питание нити накала.

Принцип импульсного питания состоит в том, что напряжение j3, вырабатываемое ИПН имеет форму прямоугольных импульсов частотой около 1 кГц. Период колебаний Т разбит на два интервала длитель­ностью t и t+. В течение времени t+ напряжение j3 создает ток нагрева катода, при этом j3>j4 и диод заперт, анодный ток равен нулю. В течение времени t_ напряжение на выходе ИПН и ток накала равны нулю. Потенциал всех точек катода при этом равен нулю, а ускоряющее напряжение точно равно j4 и определяет анодный ток. В данной работе мы не будем применять импульсное питание.

Читайте также:  Или тока передачу хотите

Методика измерения анодного тока определяется типом измерителя. Мультиметр М-830В в режиме вольтметра имеет чувствительность от 0,1 мВ и входное сопротивление 1 МОм. Под­ключив мультиметр параллельно цепи RA1+RA2= 110 кОм, как показано на рис.6, получаем амперметр с разрешением от 1 нА, а подключив его параллельно RA2=10 кОм (при этом контак­ты 4-5 нужно закоротить), получаем амперметр с разрешением 10 нА, причем показания прибора сразу дают падение напряжения URA на анодном сопротивлении. Такое включение целесообразно при измерении токов от 0,01 до 10 мкА. В режиме амперметра мультиметр М830В имеет чувствительность от 0,1 мкА , а входное сопротивление R’ зависит от предела измерений и равно:

Рис. 5

R’ = 1000 Ом на пределе 0,2 мА (разрешение 0,1 мкА);

R’ = 100 Ом на пределе 2 мА (разрешение 1 мкА);

R’ = 10,0 Ом на пределе 20 мА (разрешение 10 мкА);

R’ = 1,00 Ом на пределе 200 мА (разрешение 100 мкА);

Поскольку R’«RA, показания прибора, подключенного параллельно RA, дают значение анодного тока, при этом падение напряжения в анодной цепи равно DUА = IA×R’. Такое включение целесообразно при измерении токов более 10 мкА.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник



Что такое анод и катод: объясняю простыми словами

Для корректной работы полупроводниковых приборов, работающих в цепях с постоянным током, электроды радиоэлементов необходимо подключать с учетом их полярности. Неправильное подключение может привести к выходу из строя радиоэлемента либо к отказу в работе электронного прибора. С целью избегания ошибок электроды таких деталей получили специальное название – анод и катод.

Часто эти электроды обозначаются на схемах соответствующими символами «+» или «–», либо определяются по схематическому изображению радиоэлемента. На корпусах деталей иногда проставляется точка или другая метка, позволяющая определить направление тока на конкретном электроде. Иногда полярность выводов приходится определять по специальным таблицам или с помощью измерительного прибора.

Понятие анода и катода

Для лучшего понимания терминов дадим определения этих понятий.

Под данным термином будем подразумевать электрод, по которому электрический ток втекает в разглядываемый прибор. При этом подразумевается, что электрический ток образуется потоком положительных зарядов. В действительности, по металлическим проводникам перемещаются электроны (носители отрицательных зарядов), которые движутся в сторону положительного полюса источника электрического тока.

Проще говоря, положительным электродом будем считать анод, а отрицательным электродом – катод. При подключении радиоэлементов следует соблюдать их полярность, руководствуясь обозначениями на схемах.

Катод

Это электрод, по которому электрический ток вытекает с прибора (подразумевается конвенциальное понимание тока, в виде потока положительных зарядов). Таким образом, если к аноду подключается провод с положительным потенциалом, то к катоду – клеммы с отрицательными потенциалами.

Вышеуказанные термины применяются по отношению к гальваническим элементам. В гальванике анод – это электрод, на поверхности которого проходит реакция окисления металла. Названия электродов встречаются:

  • в химии;
  • физике;
  • электротехнике;
  • радиоэлектронике.

При монтаже радиодеталей очень важно не перепутать электроды. Для этого необходимо знать, как определить их назначение.

Как определить, где анод, а где катод?

При определении катода и анода необходимо в первую очередь ориентироваться на направление тока, а не на полярность источника питания. Несмотря на то, что эти понятия тесно связаны с полярностью тока, они больше обусловлены направлениями векторов электричества.

Например, в аккумуляторах, при перезарядке, происходит изменение ролей катода и анода. Это связано с тем, что во время зарядки изменяется направление электрического тока. Электрод, выполнявший роль электрода при работе аккумулятора в режиме источника питания во время зарядки выполняет функции катода и наоборот – катод превращается в анод.

На рис. 1, изображено процесс электролиза, при котором происходит перемещение анионов (отрицательных ионов) и катионов (положительных ионов). Анионы устремляются к аноду, а положительные катионы – в сторону катода.

Электролиз

Рис. 1. Электролиз

При электролизе перемещаются носители зарядов разных знаков, однако, по определению, анодом является тот электрод, в который втекает ток. На рисунке анод подсоединён к положительному полюсу источника тока, а значит, ток условно втекает в этот электрод.

Обратите внимание на рисунок 2, где изображена схема гальванического элемента.

Гальванический элемент

Рис. 2. Гальванический элемент

Читайте также:  Хард ток что это

Плюсовой вывод источника тока является катодом, а не анодом, как можно было бы ожидать. При внимательном изучении принципа работы гальванического элемента можно понять, почему анод является отрицательным полюсом.

Обратите внимание на рисунок строения гальванического источника тока. Стрелки (вверху) указывают направление движения электронов, однако направлением тока условно принято считать перемещение от плюса к минусу. То есть, при замыкании цепи, ток входит именно в отрицательный полюс, который и является анодом, на котором происходит реакция окисления. Иначе говоря, ток от положительного электрода через нагрузку попадает на анод, являющийся отрицательным полюсом гальванического элемента. При вдумчивом подходе все стает на свои места.

При определении позиций анода и катода в радиоэлектронных элементах пользуются справочными материалами.

На назначение электродов указывает:

  • форма корпуса (рис. 3);
  • длина выводов (для светодиодов) (рис. 4);
  • метки на корпусах приборов или знака анода;
  • различная толщина выводов диода.

ДиодРис. 3. Диод Электроды светодиодаРис. 4. Электроды светодиода

Определение назначений выводов у полупроводниковых диодов можно определить с помощью измерительных приборов. Например, все типы диодов (кроме стабилитронов) проводят ток только в одном направлении. Если вы подключили тестер или омметр к диоду, и он показал незначительное сопротивление, то к положительному щупу прибора подключен анод, а к отрицательному – катод.

Если известен тип проводимости транзистора, то с помощью того же тестера можно определить выводы эмиттера и коллектора. Между ними сопротивление бесконечно велико (тока нет), а между базой и каждым из них проводимость будет (только в одну сторону, как у диода). Зная тип проводимости, по аналогии с диодом, можно определить: где анод, а где катод, а значит определить выводы коллектора или эмиттера (см. рис. 5).

Транзистор на схемах и его электроды

Рис. 5. Транзистор на схемах и его электроды

Что касается вакуумных диодов, то их невозможно проверить путем измерения обычными приборами. Поэтому их выводы расположены таким образом, чтобы исключить ошибки при подключении. В электронных лампах выводы точно совпадают с расположением контактов гнезда, предназначенного для этого радиоэлемента.

Анод и катод: где плюс, а где минус?

Из сказанного выше следует, что ток всегда течет в направлении от анода к катоду. Вывод один – на анод поступает плюс, а катод подсоединяется к минусу. Придерживаясь этого правила можно безошибочно определить, где плюс, а где минус.

Где плюс и минус анод катод

Вот так можно запомнить:)

В гальванотехнике на катоде происходит реакция восстановления. То есть положительные ионы из раствора оседают на катоде. По этому признаку определяем знак минус.

Как определить катод и анод радиодеталей мы рассмотрели выше. Если есть схема устройства то по ней довольно легко можно указать направление тока, и, соответственно, назначение электродов. При отсутствии схемы пользуйтесь признаками и метками на корпусах деталей.

Отдельно заострю ваше внимание на элементах питания. Обычно «+» указывается на гальванических устройствах, а на аккумуляторах часто маркируются обе клеммы. В аккумуляторах автомобильного типа плюсовую клемму делают толще. По этому признаку также можно определить полярность полюсов.

В качестве выводов см. рисунок 6.

Выводы

Рис. 6. Выводы

Цифрами обозначено:

  • 1– анод;
  • 2 – электролит;
  • 3 – катод;
  • 4 – источник тока.

Применение

Электроды в качестве анода и катода наиболее часто применяются:

  • в электрохимии;
  • вакуумных электронных приборах;
  • полупроводниковых элементах.

Рассмотрим в общих чертах сферы применения анодов и катодов.

В электрохимии

В данной сфере анод и катод являются ключевыми понятиями, в процессе прохождения электрохимических реакций, используемых в основном для восстановления металлов. Такие реакции называют электролизом. Использование процессов электролиза позволяет получать чистые металлы, так как на катоде образуются атомы только того металла, положительные ионы которого содержатся в растворе электролита.

Методом электролиза наносят очень тонкое цинковое покрытие стальных листов и деталей любой конфигурации. Гальваническое покрытие эффективно защищает металл от коррозии.

В вакуумных электронных приборах

Примером вакуумных приборов служат радиоэлектронные лампы, электронно-лучевые трубки, кинескопы телевизоров. Они работают по одному и тому же принципу: Разогретый катод испускает электроны, которые устремляются к аноду с высоким положительным электрическим потенциалом.

Образование электронов на раскаленном электроде называется термоэмиссией, а электрический ток, возникающий между катодом и анодом, называется термоэмиссионным. Ценность таких приборов в том, что они проводят ток только в одном направлении – от катода к аноду.

Добавление сетки между электродами позволяет регулировать параметры тока в широких пределах, путем изменения напряжения на сетке. Такие вакуумные лампы используются в качестве усилителей сигналов. В данное время вакуумные приборы используются довольно редко, так как их с успехом заменяют миниатюрные полупроводниковые диоды и транзисторы, часто выполненные на монокристалле в виде микросхемы.

В полупроводниковых приборах

Электронные детали на основе полупроводников ценятся малым потреблением тока и небольшими размерами. Они почти вытеснили вакуумные лампы из употребления. Выводы полупроводниковых приборов традиционно называют анодами и катодами.

Читайте также:  Освобождение пострадавшего от действия электрического тока может быть осуществлено

При всех плюсах полупроводников, у этих приборов есть недостаток – они «шумят». В усилителях большой мощности эти шумы становятся заметными. В качественной усилительной аппаратуре по-прежнему применяются вакуумные лампы.

Электронно-лучевые кинескопы в современных телевизорах вытесняются экранами с LED подсветкой. Они более экономичны, отлично передают цветовую палитру, позволяют сделать приемник почти плоским.

Поясняющее видео

Источник

Исследование электровакуумного триода в рамках виртуального эксперимента

Трейдинг криптовалют на полном автомате по криптосигналам. Сигналы из первых рук от мощного торгового робота и команды из реальных профессиональных трейдеров с опытом трейдинга более 7 лет. Удобная система мгновенных уведомлений о новых сигналах в Телеграмм. Сопровождение сделок и индивидуальная помощь каждому. Сигналы просты для понимания как для начинающих, так и для опытных трейдеров. Акция. Посетителям нашего сайта первый месяц абсолютно бесплатно .

Анодный ток существует при выполнении двух условий: при накале катода, достаточном для электронной эмиссии, и при положительном потенциале анода относительно катода.

Разность потенциалов между анодом и катодом называют анодным напряжением (напряжением анода) и обозначают Ua или uа Положительное анодное напряжение создает ускоряющее электрическое поле, под действием которого электроны движут

ся от катода к аноду.

В практических схемах, когда в анодную цепь включена нагрузка, на которой падает часть напряжения анодного источника, анодное напряжение меньше Еа Следует различать эти напряжения. Нередко возникают ошибки от того, что напряжение анодного источника Еа неправильно называют анодным напряжением. Но они равны только в том случае, когда зажимы анодного источника непосредственно присоединены к аноду и катоду лампы

Положительное анодное напряжение у маломощных диодов составляет доли вольта или единицы вольт. У кенотронов средней мощности оно достигает десятков вольт, а у мощных кенотронов сотен вольт и более.

Условились принимать потенциал катода за нулевой, так как от катода электроны начинают свое движение. Потенциал любого электрода определяют относительно катода. У катода прямого накала за точку нулевого потенциала принимают минус источника накала.

Второй цепью диода является цепь накала. Она состоит из источника Ен и подогревателя (или катода прямого накала) лампы. Ток накала обозначают Iн, а напряжение накала, т. е. напряжение между выводами подогревателя (или катода прямого накала) обозначают Uн Напряжение накала всегда низкое — единицы, реже десятки вольт. Ток накала обычно больше анодного тока. У маломощных ламп он составляет десятки миллиампер, а у мощных доходит до десятков и даже сотен ампер. Если напряжение Ен выше нормального) напряжения накала лампы Uн то в цепь включают реостат или постоянный поглотительный резистор. Реостат применяют также для регулирования накала. Для контроля накала параллельно нити накала включают вольтметр.

Устройство и принцип работы триода

Триоды имеют третий электрод – управляющую сетку называемую обычно простой сеткой и расположенную между анодом и катодом. Она служит для электростатического управления анодным током. Если изменять потенциал сетки относительно катода, то будет изменяться электрическое поле и вследствие этого станет изменяться катодный ток лампы.

Катод и анод у триодов такие же как у диодов. Сетка у большинства ламп выполняется из проволоки.

Все, что относится к сетке, обозначается символами с индексом g (от английского слова grid — сетка).

Триод имеет цепи накала и анода, подобные таким же цепям диода, цепь сетки (рис 1). Цепь сетки состоит из промежутка катод-сетка внутри лампы и источника сеточного напряжения Еg. В практических схемах в цепь сетки включают еще и другие элементы.

D:\FIZIKI\УЧЁБА\4 курс\курсовая по физике(Игорь)\рмсунки\1.GIF

Разность потенциалов между сеткой и катодом называется сеточным напряжением (напряжением сетки) и обозначается иg или Ug. При положительном напряжении сетки часть электронов попадает на сетку, и в ее цепи образуется сеточный ток (ток сетки), обозначаемый ig или 1g Часть триода, состоящая из катода, сетки и пространства между ними, подобна диоду.

Основным и полезным током в триоде является анодный ток. Он аналогичен коллекторному току биполярного транзистора или току стока полевого транзистора. Сеточный ток аналогичный току базы транзистора, бесполезен и даже вреден. Обычно он значительно меньше анодного тока. Во многих случаях сеточный ток уничтожают. Для этого напряжение сетки должно быть отрицательным. Тогда сетка отталкивает электроны. Возможность уничтожения вредного сеточного тока существенно отличает триод от биполярного транзистора, который всегда работает с током базы.

В проводе катода протекает суммарный ток, который называется катодным током

Катодный ток аналогичен эмиттерному току биполярного транзистора или току истока полевого транзистора. Напомним, что в диоде катодный ток всегда равен анодному току, а в триоде эти токи равны только при Ug

Источник