ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
ДИОД БЕЗ ПОТЕРЬ С КОМПЕНСИРОВАННЫМ ПРОСТРАНСТВЕННЫМ ЗАРЯДОМ
6.4.1. Межэлектродный потенциал
Дія пропускания больших токов через термоэмиссионный диод необходимо ггрализовать пространственный заряд. Остановимся на случае, когда про - нственный заряд в межэлектродном пространстве отсутствует. Тогда в плос - диоде потенциал меняется линейно с изменением расстояния от эмиттера. Если электроды внешне короткозамкнуты и термоэлектрическими эффекта - можно пренебречь, то между эмиттером и коллектором отсутствует разность енпиалов: нулевой энергетический уровень (уровень Ферми) один и тот пя обоих электродов. На рис. 6.8 представлено распределение потенциала • ороткозамкнутом диоде.
Через обозначим работу выхода эмиттера, а фс — работу выхода коллектора, етим, что чем больше значение ординаты, тем больше значение отрицатель - потенциала (напряжения). Для того чтобы электрон покинул эмиттер, он ■•аєн как минимум иметь энергию, равную другими словами, потенциал редственно у эмиттера (по отношению к уровню Ферми) равен - ф£. На ри - ке представлен случай, соответствующий соотношению ф£ > фс.
Так как обычно принято увеличение напряжения изображать графиком, правленным вверх, то следует перевернуть рис. 6.8 (рис. 6.9). Видно, что поте циал непосредственно у коллектора выше, чем потенциал непосредственно эмиттера, и, следовательно, при отсутствии пространственного заряда ток 1:е диод / будет равен току насыщения J = /0 (при условии, что эмиссией с колл, тора можно пренебречь):
/0 = ЛГ2ехр^-^£,| (
|
Эмиттер Коллектор Рис. 6.9. Распределение потенциала короткозамкнутом термоэмиссионн диоде |
Если эмиттер и коллектор соединены между собой через внешнюю нагрузк показано на рис. 6.1, то ток от генератора вызовет падение напряжения на внеш. нагрузке V, что в свою очередь приведет к тому, что напряжение на зажиме эми станет положительным. Распределение потенциала для этого случая представле на рис. 6.10 и 6.11 для двух возможных соотношений между ф£ и (V+ ф).
|
Эмиттер Коллектор |
|
Рис. 6.8. Энергетическая диаграмма короткозамкнутого термоэмиссионного диода |
|
Эмиттер Коллектор |
|
А I Уровень Ферми * Рис. 6.11. Распределение потении в термоэмиссионном диоде, замкнутом нагрузку ( V + фс) > ф£ |
Эмиттер Коллектор
|
і і Уровень Ферми А V Рис. 6.10. Распределение потенциала в термоэмиссионном диоде, замкнутом на нагрузку ( V + фс) < ф£ |
До тех пор пока выполняется неравенство | V + фс| < |ф£|, межэлектродный потенциал будет по-прежнему ускорять электроны и ток будет оставаться равным току насыщения /0.
Однако если V станет достаточно большим, чтобы нарушить приведенное выше неравенство, то между электродами возникнет задерживающий потенциал VR
|Кл| = |К + фс-ф£| = |К-ДК|, (25)
где
д V = ф£ - фс . (26)
В этом случае только электроны, которые, находясь в эмиттере, имеют энергию, превышающую суммарный потенциальный барьер q(V+ фс), смогут достичь коллектора Плотность тока еще описывается законом Ричардсона, но эффективный барьер теперь выше, чем прежде. Электроны эмиттера теперь должны преодолеть не только эмиссионный барьер с/ф£, но также дополнительный барьер qVR. Только электроны с энергией, превышающей q{§F + VR) = q (фс + V), могут достичь коллектора:
|
-^e + V-AV) |
|
= АТ2 ехр |
|
J = АТ ехр |
|
= J0 ехр --^(V-AV) . (27) |
