§ 1.6. Индуктивности и трансформаторы
Индуктивности
Если вы поняли, что такое конденсатор, то вы поймете и что такое индуктивность (рис. 1.22).
Рис. 1.22.
Сравним индуктивность и конденсатор между собой; в индуктивности скорость изменения тока зависит от приложенного напряжения, а в конденсаторе скорость изменения напряжения зависит от протекающего тока. Уравнение индуктивности имеет следующий вид:
(18)
где L — индуктивность в генри (или мГн, мкГн и т.д.). Напряжение, приложенное к индуктивности, вызывает нарастание протекающего через нее тока, причем изменение тока происходит по линейному закону и пропустить ток через конденсатор, то это приведет к нарастанию Напряжения на нем, причем изменение напряжения будет происходить по линейному закону); напряжение величиной 1В, приложенное индуктивности 1Гн, приводит к нарастанию тока через индуктивность со скоростью 1А в 1с.
Условно индуктивность изображают в виде нескольких витков провода — такую конструкцию имеет простейшая индуктивность. Другие, более совершенные конструкции включают сердечник, на который наматывается провод. Материалом для сердечника чаще всего служит железо (пластинки, прокатанные из сплавов железа или изготовленные методами порошковой металлургии) или феррит, представляющий собой хрупкий непроводящий магнитный материал черного цвета. Сердечник позволяет увеличить индуктивность катушки за счет магнитных свойств материала сердечника. Сердечник может быть изготовлен в виде бруска, тора или может иметь какую-нибудь более причудливую форму, например «горшка» (описать его словами не так-то просто: представьте себе форму для выпечки пончиков, которая разнимается пополам).
Индуктивности находят наибольшее применение в радиочастотных схемах, где они используются в качестве радиочастотных дросселей, и в резонансных схемах. Пара связанных индуктивностей образует такой интересный элемент, как трансформатор.
По сути дела индуктивность — это противоположность конденсатора.
Глава 2 вакуумная электроника
§ 2.1. Получение потоков заряженных частиц
Наиболее распространенным в настоящее время является термический способ, при котором источник электронов, в дальнейшем изложении - «катод», обычно выполняется в виде нити или цилиндра и нагревается электрическим током либо непосредственно, либо специальным подогревателем. Нагревание катода производится до такой температуры, при которой кинетическая энергия движения достаточного количества электронов становится больше работы выхода из металла.
Несмотря на то, что электроны при вылете имеют некоторые начальные скорости, они не все уходят с катода; часть электронов хаотически перемещается вблизи него, образуя пространственный заряд в виде облака (наибольшая плотность заряда обычно имеет место на расстоянии порядка сотых долей миллиметра от поверхности катода). Это объясняется двумя причинами.
Во-первых, при удалении от катода электроны индуцируют в нем заряд обратного знака, взаимодействие с которым создает тормозящую силу. Во-вторых, электроны сложным образом взаимодействуют между собой. В частности, те из них, которые в данный момент вылетают из катода, испытывают отталкивающее действие пространственного заряда, в силу чего часть электронов возвращается обратно.
В обычных условиях пространственный заряд находится в состоянии динамического равновесия, при котором его плотность остается неизменной.
Если напротив катода разместить изолированно в пространстве второй электрод, назовём его «анод», который не связан электрически с катодом, то электроны, попадающие на него, создадут небольшой отрицательный, потенциал, который будет препятствовать приближению к аноду новых электронов. Если же потенциалы анода и катода поддерживаются одинаковыми (например, электроды соединены между собой), то наиболее быстрые электроны будут преодолевать действие пространственного заряда и достигать при своем движении анода и свободно перетекать на катод, поддерживая состояние термодинамического равновесия.
Наконец, если на аноде создать положительный потенциал, он будет частично компенсировать действие пространственного заряда, и число электронов, попадающих на анод, начнет расти. Электроны, обладающие достаточной начальной скоростью, чтобы проникнуть через ослабленное облако пространственного заряда, приобретают составляющую скорости, направленную к аноду. При достаточно высоком потенциале последнего поле пространственного заряда почти полностью компенсируется, и все электроны, излучаемые катодом, будут, не задерживаясь, двигаться к аноду. Такой случай в термодинамике называется насыщением. Действительно, при этом число электронов, поступающих за единицу времени на анод, определяется только свойствами катода, и дальнейшее повышение разности потенциалов между обоими электродами уже не приводит к увеличению тока (если это увеличение не изменяет эмиссионной способности катода).
Состояние динамического равновесия пространственного заряда будет иметь место при любом значении разности потенциалов анода Vа и катода Vк, но чем больше Vа тем меньше плотность пространственного заряда, и тем меньшую роль играет возвращение электронов на катод.