Vakuumdiode im Raumladungsmodus: Emissionsstrom

Dies muss eine grundlegende Frage des Bewerters zur Terminologie sein.

Ich stoße häufig auf die folgende Aussage: Wenn die Vakuumdiode im Raumladungsmodus arbeitet (im Gegensatz zum Sättigungsmodus), ist der Kathodenemissionsstrom größer als der Anodenstrom

I Emission > I Anode

Dies wird vermutlich durch die durch die Raumladung um die Kathode herum erzeugte Potentialbarriere verursacht, die verhindert, dass einige emittierte Elektronen die Anode erreichen.

Ich würde diese Ungleichheit sofort verstehen, wenn wir über die Anfangsstadien des Vakuumdiodenbetriebs sprechen würden, wenn die Raumladung noch akkumuliert wird, dh wenn emittierte Elektronen die Kathode verlassen und nur im Raumladungsbereich um sie herum bleiben.

Es scheint jedoch, dass die obige Ungleichung auch auf Vakuumdioden angewendet wird, die im etablierten Modus arbeiten, wenn die Raumladung bereits vollständig ausgebildet ist, dh die Anzahl der Elektronen, die in die Raumladung eintreten, gleich der Anzahl der Elektronen ist, die sie verlassen.

Wie ist es in diesem Fall möglich, eine solche aktuelle Ungleichheit zu haben? Wo „verschwindet“ der zusätzliche Emissionsstrom, wenn er die Anode nicht erreicht?

Ich vermute, dass die Antwort einfach ist: I Emission soll per Definition nur den Strom umfassen, der die Kathode verlässt , aber nicht den Strom, der von der Raumladung zur Kathode zurückkehrt . Wenn wir diesen Rückstrom als I return bezeichnen und annehmen, dass er einen negativen Wert hat, dann gilt die folgende Gleichheit

I Emission + I Return = I Anode , wobei I Return < 0 ist

Das würde die Ungleichheit erklären, wenn ich aus dem Bild zurückbleibe.

Ist dies das richtige Verständnis dessen, was mit der fraglichen Ungleichheit gemeint ist? Oder übersehe ich etwas anderes?

nicht der gesamte thermische Emissionsstrom erreicht die Anode, da die Emittanz von der Oberfläche der Kathode in alle Richtungen geht.
@ Tony Steward. EE seit '75: Das ist klar, aber das kann grundlegende Gesetze der Physik, wie das Ladungserhaltungsgesetz, nicht außer Kraft setzen. Die gesamte Ladung (der gesamte Strom), die in die Röhre geht, muss aus der Röhre herauskommen, Punkt. Darum geht es bei dieser Frage: Wie kann der Kathodenemissionsstrom (Eingangsstrom) größer sein als der Ausgangsstrom (Anodenstrom).
Der größte Teil des Ladungsflusses pro Sekunde fließt in die Erwärmung der Kathodenheizung und entweicht als Wärme aus der Röhre.
@ Tony Steward. EE seit '75: Ähm.. Entschuldigung, aber das ergibt einfach keinen Sinn. Erstens „verschwindet“ elektrischer Strom (und Ladung) nicht in Wärme oder „entweicht“ als Wärme. Zweitens können wir die Betrachtung auf indirekt beheizte Kathoden beschränken, in diesem Fall ist der Heizstrom nicht einmal Teil unseres Bildes. Die Frage bezieht sich ausschließlich auf den "Signal" -Strom in der Vakuumdiode.
Wenn Sie ein Signal an die Anode anlegen, das der Annahme von -ve-Ladungen aus thermischer Emission entgegenwirkt, verringert sich der Strom von der Kathode und verlangsamt sich, bis er den Fluss stoppt. Die Beziehung zwischen Potential , U und Strom , I wird durch das Child'sche Gesetz mit der Perveance ,P (etwas wie Leitwert) definiert, das Raumladungseffekte beinhaltet, die den Strom begrenzen. U = ( ich P ) 2 3
@ Tony Steward. EE seit '75: "Wenn Sie ein Signal an die Anode anlegen, das der Annahme von -ve-Ladungen widerspricht ..." - Ich weiß nicht, woher das kommt und was es mit irgendetwas zu tun hat. Niemand versucht, die Anode dazu zu bringen, "sich der Annahme von -ve-Ladungen zu widersetzen".
Was den Rest betrifft: Es wird in meiner Frage verstanden und impliziert (oder explizit angegeben). Allerdings kann kein Gesetz Ladung (oder Strom) „in Nichts verschwinden“ lassen. Und Child's Law versucht das nicht. Die Frage ist wiederum sehr einfach: Wenn der Emissionsstrom größer als der Anodenstrom ist, wohin ist dann der zusätzliche Strom gegangen?
@ Tony Steward. EE seit '75: Und?...
Kannst du deine Vermutung beweisen?
@ Tony Steward. EE seit '75: Von welcher "Annahme" sprichst du? Und was hat das alles mit den geposteten Links zu tun?
Wo sind Ihre Referenzen, um Ihre Frage zu unterstützen?

Antworten (1)

Denken Sie an das Gerät ohne Anodenstrom und beide Platten auf 0 V und das Gerät wurde eine Weile laufen gelassen:

Wenn die Ungleichung gilt:

Wenn  ich a n n Ö d e = 0  dann  ich e m m ich s s ich Ö n + ich r e t u r n = 0

Dies ist nur sinnvoll, wenn Sie den Emissions- und Rückströmen eine Richtung geben, sodass einer dem anderen entgegengesetzt ist. Dies stellt die Elektronen dar, die von der heißen Kathode springen, zwischen den Platten herumhängen (oder von einer und zurück zur anderen abprallen), aber die Nettoladung an der Kathode wird Null sein.

In der Schaltung müssen Sie einen Strom mit einer Richtung und einer Polarität definieren. In diesem Fall werde ich also alle Ströme von Kathode zu Anode als positiv definieren und den tatsächlichen Elektronenfluss, der sich in die Richtung bewegt, als positiv verwenden (was von der Schaltungsstromnomenklatur umgekehrt ist). Aber das bedeutet, dass in dieser Operation ich e m ich s s ich Ö n und ich r e t u r n haben gegensätzliche Vorzeichen in ihren Werten

ich e m m ich s s ich Ö n + ich r e t u r n = 0

Nehmen wir nun an, wir erhöhen die Spannung an der Anode auf einen positiven Wert: (oberes Diagramm). Elektronen werden von der Platte ( ich e m ich s s ich Ö n ), aber nicht alle kommen zurück, weil einige von ihnen auf das Anodenmetall treffen (es ist jetzt positiv) und aus der Diode fließen.

ich e m m ich s s ich Ö n + ich r e t u r n = ich a n Ö d e

Da es immer Elektronen gibt, die zur Kathode zurückprallen ich r e t u r n ist immer negativ ich r e t u r n < 0 (so wie ich die Dinge definiert habe). Mit dem Autor einschließlich der Ungleichheit ich r e t u r n < 0 bedeutet dies, dass der Rückstrom von der Kathode zur Anode fließt und immer negativ ist.

Die wichtige Erkenntnis ist, dass Sie bei einem negativen Rückstrom nicht mehr Anodenstrom als Emissionsstrom haben können. ich e m m ich s s ich Ö n > ich a n Ö d e Und das bedeutet, dass Sie die Kathode ausreichend heiß halten müssen.

Diagramme von http://www.electrical4u.com/vacuum-diode-history-working-principle-and-types-of-vacuum-diode/

Diagramme aus und weiterführende Literatur hier

Vakuumdiode im Raumladungsmodus: Emissionsstrom
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