Эмиссия электронов

Л. — До сих пор мы говорили лишь о пассивных компонентах — конденсаторах, катушках индуктивности и резисторах. Теперь подошло время заняться активными компонентами.

Н. — А как в них протекает ток?

Л. — Через вакуум или полупроводник.

Н. - У меня такое впечатление, Любознайкин, что ты надо мною смеешься. Как можно себе представить прохождение тока через вакуум, если он еще в большей степени, чем сухой воздух, представляет собой идеальный диэлектрик?

Л. — И тем не менее электроны свободно проходят через вакуум при условии, что их туда выбрасывают. Для этой цели проводник нужно нагреть до высокой температуры. Знаешь ли ты, что происходит в нагретом веществе?

Н. — Конечно. Молекулы вещества приходят в беспорядочные колебательные движения, скорость которых по мере повышения температуры возрастает.

Л. — Совершенно верно. И наступает такой момент, когда молекулы настолько раскачиваются, что электроны, находящиеся на внешних орбитах и потому слабее притягиваемые ядрами, отрываются и, покидая вещество, вылетают наружу.

Н. — Мне это напоминает наполненный фруктами поднос, который трясут до такой степени, что некоторые фрукты падают.

Л. — Аналогия справедлива. Но ты не спросил меня, как нагревают вещество, чтобы вызвать эмиссию электронов. Это, конечно, можно сделать с помощью пламени горящего угля, бензина или газа. Но если я скажу тебе, что в электронике предпочитают пользоваться электрической энергией, то ты мне поверишь на слово.

На практике пользуются небольшой спиралью, которую протекающий ток накаляет наподобие нити осветительной лампы. Электрическая энергия при прохождении по спирали превращается в тепло. А так как нить накала очень тонкая, ее сопротивление высокое, а масса ничтожная, выделяющиеся на ней калории доводят ее до высокой температуры.

Н. — Таким образом, как я понял, и происходит эмиссия электронов с нити накала в окружающее пространство?

Л. — Да, по крайней мере в лампах с непосредственным накалом, в которых накаленная нить накала эмиттирует электроны (рис. 60). Но чаще пользуются лампами с косвенным накалом, в которых нить накала закрыта тонким слоем диэлектрика, на этот диэлектрик надета никелевая трубочка, покрытая эмиссионным слоем, состоящим из различных окислов, способных испускать электроны при не очень высокой температуре, чаще всего здесь используют окислы бария и стронция (рис. 61).

Рис. 60. Эмиссия электронов катодом с прямым накалом.

Рис. 61. Эмиссия электронов катодом с косвенным накалом.

Рис. 62. В диоде с косвенным накалом на анод подается положительный относительно катода потенциал, что позволяет ему притягивать испускаемые катодом электроны.

Рис. 63. Устройство диода: 1 — нить накала; 2 — катод; 3 — анод.

Н. - А какой смысл так усложнять устройство, испускающее электроны?

Л. — Благодаря косвенному накалу нить накала электрически изолирована от слоя, испускающего электроны. Это, в частности, позволяет нагревать ее как постоянным, так и переменным током. Ток накала в данном случае играет лишь второстепенную роль.

Создание ламп с косвенным накалом позволило наладить производство приемников с питанием от осветительной сети. А раньше в приемниках на лампах с непосредственным накалом для получения стабильной эмиссии электронов нити накала нагревали с помощью энергии батарей напряжением 4 В.

В паши дни лампы с косвенным накалом питают переменным током напряжением 6,3 В, получаемым от сети с помощью понижающего трансформатора.