Потенциалы коллекторов

Эдс так же, как равновесные потенциалы электродов, не зависит от размеров и конструкции электродов и количества электролита, но определяется химическим составом участвующих в токообра-зующем процессе веществ, природой и концентрацией электролита. Такая зависимость находит отражение в уравнении Нернста, которое содержит член, характеризующий концентрацию ионов в растворе. Эдс химического источника тока можно выразить с ло-мощью стандартных потенциалов электродов:

При работе химического источника тока на нагрузку, т. е. в условиях, когда положительный и отрицательный электроды соединены внешней цепью, через которую проходит ток (ом. 1), потенциалы электродов сдвигаются от равновесного значения. Электроны переходят через внешнюю цепь от отрицательного электрода к положительному; при этом потенциал отрицательного электрода становится более положительным (или менее отрицательным), потенциал положительного электрода становится более отрицательным (или менее положительным). Для некоторых электродов сдвиг потенциала от равновесного значения составляет небольшую величину. Например, для цинкового электрода такой сдвиг обычно составляет 0,05 — 0,2 В.

где ф+ и ф_ — потенциалы электродов источника.

Так, стабильность и надежность работы электронных ламп и транзисторов в значительной степени зависят от постоянства напряжения источника питания. В некоторых специальных устройствах, например электронных микроскопах, масс-спектрометрах и т. д., требуется с высокой степенью точности задавать и поддерживать неизменными токи питания обмоток магнитных катушек или потенциалы электродов электростатических линз. Наконец, точность работы электронных измерительных приборов сильно зависит от постоянства питающих напряжений и токов.

1) Здесь и в последующем изложении потенциалы электродов отсчитываются относительно потенциала истока.

!) Потенциалы электродов транзисторов указываются относительно общего электрода.

а) Перемещение к сетке положительных ионов, образующихся при ионизации молекул остатков газа в баллоне лампы. В тех случаях, когда эти токи нежелательны, приходится ставить лампу в такой режим работы, при котором не происходит процессов ионизации. Практически для этого достаточно уменьшить потенциалы электродов лампы до величины, меньшей, чем потенциал ионизации молекул газа. Следовательно, в этих случаях приходится потенциалы на электродах лампы уменьшать до 10 В и ниже.

Из (8.6) видно, что скорость электрона всецело определяется разностью потенциалов иаъ. Если принять потенциал катода трубки равным нулю, скорость v электрона при его движении к экрану будет определяться потенциалом той точки пространства, в которой он находится. Подобрав надлежащим образом потенциалы электродов, можно отклонять луч прч малой скорости и, что обеспечит большое значение чувствительности по отклонению е, а ускорить электроны можно 3d 1ределами отклоняющей системы. Таким образом, удается увеличить чувствительность е при достаточной яркости свечения экрана.

ному потенциалу. Этому мешают концентрационная и химическая поляризация, смещающие потенциалы электродов относительно потенциала равновесия.

Поляризация и. сопротивление. При разряде или заряде ХИТ потенциалы электродов изменяются вследствие поляризации. Поляризацией называется разность между потенциалом электрода при разряде и его значением при равновесии или при стационарном состоянии. Поляризация подразделяется на концентрационную, электрохимическую и химическую.

Возможен другой подход к созданию систем периодической электростатической фокусировки. Предположим, что вдоль границы интенсивного электронного пучка расположен ряд электродов; форма и потенциалы электродов подобраны так, что в каждой точке на границе пучка сила расталкивающего действия пространственного заряда уравновешивается силой внешнего электрического поля, создаваемого системой электродов. Очевидно, такая постановка задачи аналогична методу Пирса, используемому при решении задач о формировании интенсивных пучков (см. § 2.4).

Форма и потенциалы электродов системы периодической фокусировки рассматриваемого типа могут быть либо приближенно рассчитаны решением уравне-Z ния Лапласа (внешняя за-• дача) с граничными условиями, определяемыми параметрами пучка (внутренняя задача), либо найдены экспериментально моделированием в электролитической ванне. В качестве примера на 2.43 приведено сечение электродной системы периодической электростатической фокусировки, обеспечивающей существование приблизительно параллельного электронного потока.

это требование выполнено полностью, то больше ничего и не требуется для получения идеального ДУ. Действительно, при UBXl = Um2 = О достигается полный баланс моста, т. е. потенциалы коллекторов транзисторов одинаковы, следовательно, напряжение на нагрузке равно нулю. При одинаковом дрейфе нуля в обоих каскадах ОЭ (плечах ДУ) потенциалы коллекторов будут изменяться всегда одинаково, поэтому на выходе ДУ дрейф нуля будет отсутствовать. За счет симметрии плеч ДУ обеспечивается высокая стабильность при изменении напряжения питания, температуры, радиационного воздействия и т. д.

При симметричных плечах схемы (транзисторы идентичны, а /?к) = /?„2 = RK) и отсутствии входных сигналов ДУ сбалансирован и напряжение между коллекторами (на выходе) равно нулю. Поскольку ток /о делится пополам между плечами, потенциалы коллекторов обоих транзисторов одинаковы: UKO = ?/ВЫх1 = = У.ых2 = ?к - (/о/?к)/2 ( 4.28, б).

Если схема дифференциального каскада абсолютно симметрична (совершенно одинаковы оба транзистора, RK\=RK2, Кб\—/?б2), то при подведении к его входам одинаковых по фазе сигналов потенциалы коллекторов обоих транзисторов будут одинаковыми и по амплитуде, и по фазе в результате синфазный сигнал окажется равным нулю.

Увеличение р при малых токах достигается путем уменьшения толщины базового слоя с соответствующим увеличением продолжительности эмиттерной диффузии (при изготовлении ИМС с транзисторами со сверхвысоким (3 эмиттерная диффузия проводится дважды: более продолжительная диффузия для транзисторов со сверхвысоким р и обычная эмиттерная диффузия для транзисторов с умеренным Р). При этом снижается напряжение пробоя: в транзисторах с узкой базой оно определяется напряжением смыкания коллекторного перехода с эмиттером. Поэтому транзисторы со сверхвысоким р оказываются низковольтными и, чтобы предотвратить пробой, их целесообразно применять в каскодном включении (см. 5.4 — каскодные пары на Т\, Т$ и Тц, Т\2). При каскодном включении низковольтные входные транзисторы со сверхвысоким р (Т\ и Т^) практически работают в режиме короткого замыкания по переменному току (поскольку к коллекторам этих транзисторов подключаются токовые повторители на Тд и Т\2 с низкоомным входом). Поэтому при усилении парафазных сигналов потенциалы коллекторов TI и Тц почти не меняются. Изменение же напряжения на выходе каскодов падает на коллекторных переходах высоковольтных транзисторов Ту и Т\2. Транзисторы Тд и T\i одновременно используются для умень-166

Как и в случае четырехплечего моста (см. 18.24), в отсутствие сигнала напряжение на выходе ивых12 равно нулю, так как токи и потенциалы коллекторов транзисторов Т1 и Т2 равны. Поскольку схема симметрична, всякое изменение характеристик транзисторов (за счет изменения температуры или из-за старения) вызовет одинаковое изменение токов в обоих плечах, поэтому разбаланса схемы не произойдет и дрейф выходного напряжения будет практически равен нулю.

На вход ДУ поданы синфазные сигналы. Потенциалы баз транзисторов TI и Т2 изменятся на А1/Б1 = Д[/Б2 = С/вх) = t/Bx2. На это же значение изменятся потенциалы эмиттеров. Ток через резистор Яэ поровну распределится между плечами ДУ, и потенциалы коллекторов изменятся на одно и то же значение. Напряжение на выходе будет равно нулю (1/вых12=0). Таким образом, идеально симметричный ДУ не пропускает на выход синфазный сигнал.

этом потенциалы коллекторов транзисторов также изменятся: ыкт1 станет более отрицательным, a ыкт2 — более положительным. Разность коллекторных потенциалов определит выходное напряжение схемы 1/вы*.

При полной симметрии плеч токи покоя обоих транзисторов, а также их отклонения в случае изменения режима (например, при изменении напряжения ?к> изменении температуры и т. п.) имеют равную величину. Потенциалы коллекторов при этом также равны или получают одинаковые приращения напрйжений. Поэтому при одинаковом воздействии дестабилизирующих факторов на оба транзистора одновременно баланс моста не нарушается и выходное напряжение не появляется, т. е. напряжение дрейфа равно нулю. Воздействие входного напряжения любой полярности приводит к разбалансировке моста, так как на базы транзисторов подаются напряжения разных знаков. При этом потенциалы коллекторов получают одинаковые по абсолютной величине, но противоположные по знаку приращения, через нагрузочное сопротивление проходит ток, создающий на RH напряжение f/DbIX, величина и полярность которого зависят только от величины и полярности входного напряжения. Таким образом, амплитудная характеристика балансной схемы принципиально не должна отличаться от прямой линии, проходящей через начало координат ( 15.3).

Очевидно, что потенциалы коллекторов последующих транзисторов должны быть все более высокими. Это обстоятельство требует уменьшения сопротивлений /?к и увеличения сопротивлений Кэ последующих каскадов (/?Кз < Як» < Кк.\ и ЯЭз > #Э2 > Rsi). Поскольку,на резисторах RB создается напряжение отрицательной

Режимы базовых цепей транзисторов в схеме УПТ обеспечиваются делителями R1R2 и R6R7. Напряжения эмиттерных переходов образуются на резисторах R2 и R7. Потенциалы эмиттеров транзисторов устанавливаются близкими к нулю. В коллекторные цепи включают одинаковые резисторы R3 и R4. При отсутствии входного сигнала (?вх=0) потенциалы коллекторов [/К1 и (/К2 равны. Сопротивление общего эмиттерного резистора R5, который служит для эмиттерной стабилизации рабочих точек транзисторов, что существенно снижает дрейф нуля, подбирают так, чтобы выполнялось равенство Е\ = Е2.

Как и в случае четырехплечевого моста (см. 2.24), в отсутствие сигнала напряжение на выходе равно нулю, так как токи и потенциалы коллекторов транзисторов Т{ и Т2 равны. Поскольку схема симметрична, всякое изменение характеристик транзисторов (за счет изменения температуры или из-за старения) вызовет одинаковое изменение токов в обоих плечах, поэтому разбаланса схемы не произойдет и дрейф выходного напряжения будет практически равен нулю.