Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Выше было показано, что отрицательный пространственный. обусловленный электронным током Je, может быть нейтрализован ион — током /; значение которого примерно в 500 раз меньше. Такое положение но тем, что ионы цезия в 500 раз «медленнее» электронов. Малый ион — ток, необходимый для нейтрализации отрицательного пространственного. незначительно влияет на выходной ток устройства. Фактически можно бречь влиянием /, на выходной ток при условии р < 10, что эквивалентно ию /- < /,,/50. Однако очень часто ионный ток значительно превыша — чение, требуемое лля компенсации отрицательного пространственного а. и его следует принимать во внимание при расчете ^/-характеристик В большинстве случаев обратная эмиссия с коллектора пренебрежимо из-за его низкой температуры. Но это не всегда справедливо. Бывают и. когда обратный ток эмиссии ^еС необходимо учитывать. То же самое сказать и про те редкие случаи, когда ионный ток эмиссии с коллекто-

pa JiC имеет заметное значение. В общем случае ток нагрузки JL должен б выражен как

J L = Ке ~ JeC ~ JiE + Л’С ‘

Каждый из токов, фигурирующих в (74). может быть записан в виде:

При этом сделаны предположения:

1) межэлектродный пространственный заряд либо равен нулю, либо п жителей, т. е. р > 1;

2) если межэлектродный пространственный заряд положителен, то он достаточно велик, чтобы серьезно ограничить ионные токи. Это доп> ние часто нарушается, и ионные токи при V> AVмогут быть значите меньше, чем вычисленные по приведенным выше формулам.

Для того чтобы проиллюстрировать некоторые режимные условия, расе рим диод с вольфрамовыми электродами. Пусть температуры эмиттера и ко тора равны соответственно 1800 и 700 К. Изменение температуры резерву с цезием дает возможность получить выбранные значения р. Зависимое вычисленные для значений р, равных 1, 10 и 100, представлены на рис. 6.20 и 6.21.

Кривая на рис. 6.19 соответствует случаю, когда температура резервуа цезием равна 580 К, что обеспечивает практически точную компенсацию странственного заряда. В этом случае ^/-характеристика представляет с характеристику идеального вакуумного диода (диода без пространственного рада). Ни ионные токи, ни обратная эмиссия не играют роли.

При р порядка 10 ионный ток становится достаточно большим, чтобы зывать влияние на характеристики устройства. При большом напряжении

Рис. 6.20. При Р = 10 ионный ток начи­нает влиять на значение выходного тока, ко­торый при большом выходном напряжении принимает отрицательное значение

2,5

Рис. 6.22. При температуре эмиттера, недостаточно большой по сравнению с температурой коллектора, обратная эмис­сия становится существенной

нагрузке ионный ток доминирует и выходной ток меняет свое направлен Наконец, при р порядка 100 вычисленное значение ионного тока становій очень большим. В действительности по результатам измерений должно бь. по-видимому, получено меньшее значение ионного тока, поскольку в наш расчетах не учитывается положительный пространственный заряд, образоваї которого приведет к серьезному ограничению ионного тока.

Понижая температуру эмиттера до 1200 К и одновременно поднимая тем — ратуру коллектора до 750 К, мы создаем условия, при которых обратная эмисс становится существенной (рис. 6.22). Работа выхода коллектора при этих условг равна 1,81 эВ (благодаря 100 %-ному цезиевому покрытию), поэтому естествен — что с него эмитируется большой электронный ток, в то время как работа вы* более горячего эмиттера все еще достаточно велика и составляет 2,82 эВ.

8

0

Те, кто внимательно изучил три ^/-характеристики на рис. 6.19-6.21, м заметить очевидный парадокс. Кажется, что увеличение температуры резерв> с цезием (и, следовательно, повышение давления паров цезия) должно привс к увеличению значения р, поскольку большее количество пара цезия может б ионизовано, что в свою очередь будет способствовать увеличению ИОННОГО I Тем не менее для увеличения значения р необходимо уменьшать температурі Для понимания сложившейся ситуации обратимся к рис. 6.23.

При относительно высокой температуре эмиттера 2100 К конденсация і ров цезия на нем незначительна до тех пор, пока давление паров не дості значения порядка 1 Па. Работа выхода эмиттера остается на уровне, соот

ьмощем работе выхода с поверхности чистого металла 4,52 эВ, и, следова­нию, электронный ток эмиссии относительно мал и практически не меняется. • другой стороны, в этом диапазоне низких давлений паров цезия ионный ток ср — шорционален величине pCs, т. е. он растет с ростом pCs. Величина р, будучи рр — шорциональна J- / Je, также растет. Когда давление паров превысит 1 Па, •, начинает уменьшаться, приводя к экспоненциальному росту JE. Но так как падает, разность (ф£ — фіоп) уменьшается, в результате снижается скорость ■ низации газа. Ионный ток уменьшается, вызывая уменьшение р. Таким разом, зависимость р от pCs имеет немонотонный характер. В нашем при — пе величина р достигает максимума в окрестности pCs = 8 Па. Рис. 6.19-6.21 тветствуют диапазону изменения р, когда этот параметр падает с увеличе — м давления паров цезия.

чс. 6.24. Зависимость р и выходной мощности от давления паров цезия

Плазменные диоды работают в диапазоне спада р, где даже при умеренных рратурах вольфрам, покрытый цезием, эмитирует плотности тока порядка кА/м2. Это должно было бы приводить к приемлемым выходным плотно — мощности. Однако диапазон высоких выходных мощностей соответствует v высоким давлениям паров цезия, что даже при маленьких межэлектро — зазорах нельзя пренебречь столкновениями электронов с атомами цезия. I сно эмпирическому правилу при pCsd > 0,0033 Н/м столкновения необхо — » учитывать, и мы переходим из области диодов низкого давления в область

диодов высокого давления. В приведенном выше неравенстве d — межэлек ное расстояние (м).

На рис. 6.24 затененная область, в которой (3 < 1, соответствует пали отрицательного пространственного заряда. В этой области режим работы ода является промежуточным между режимом работы вакуумного устро и и идеального устройства, в котором нет пространственного заряда. Незатег ная область при (3 > 1 и pCsd < 0,0033 Н/м — это область с избытком ионов, диод низкого давления имеет идеальную характеристику. В вертикальной і моугольной области справа неравенство pCsd < 0,0033 Н/м нарушается. Ши этой затененной области относится к диодам с малым межэлектродным раї. янием порядка 100 мкм. Здесь диод уже не является диодом низкого давле Для диодов с большим межэлектролным расстоянием затененная область и соответственно ограничения на выходные параметры более жесткие. Хотя дм функционирующие в незатененной области, могут иметь почти идеальные хара ристики, их выходная мощность оставляет желать лучшего: она сравнима с вы ной мощностью вакуумных устройств. Мы возвращаемся к ситуации, в которо. аналогии с вакуумными приборами для создания приемлемого устройства треб> обеспечить исключительно малый зазор между эмиттером и коллектором.

Комментарии запрещены.