Ни один электрон не возвращается на катод, и анодный ток будет наибольшим, равным току эмиссии. Это режим насыщения. Ему
соответствует анодный ток насыщения Is = Ie. (16.1) Второй — режим объемного заряда (точнее, режим ограничения анодного тока
объемным зарядом), когда вблизи катода поле является тормозящим. Тогда электроны, имеющие малую начальную скорость, не могут
преодолеть тормозящее поле и возвращаются на катод. Электроны с большей начальной скоростью не теряют полностью свою энергию
в тормозящем поле и летят к аноду. Рис. 16.1. Объемный электронный заряд в диоде В этом режиме анодный ток меньше тока эмиссии:
ia < Ie. (16-2) Наглядное представление о процессах в диоде дают потенциальные диаграммы, показывающие распределение потенциала
в пространстве анод — катод (рис. 16.2). По горизонтальной оси откладывают расстояние от катода, а по вертикальной — потенциал,
причем положительный принято откладывать вниз. Потенциал катода принимается за нулевой. Когда катод не накален, то объемный
заряд отсутствует и поле однородно. Потенциал растет пропорционально расстоянию от данной точки до катода (прямая 1). Если
же катод накален, то существует объемный отрицательный заряд, и тогда потенциалы всех точек понизятся, за исключением потенциалов
катода и анода, так как анодное напряжение задается внешним источником. Линия распределения потенциала прогнется вверх (кривая
2). Когда объемный заряд небольшой, то во всех точках потенциал остается положительным (кривая 2 находится ниже горизонтальной
оси) и поле будет ускоряющим, что соответствует режиму насыщения. При увеличении накала катода объемный заряд также растет
и потенциал в различных точках понижается еще больше. Кривая распределения потенциала прогибается сильнее, и отрицательный
потенциал вблизи катода может превысить по абсолютному значению положительный потенциал ускоряющего поля анода. Результирующий
потенциал становится отрицательным, что наглядно изображает кривая 3, которая вблизи катода расположена выше горизонтальной
оси. Рис. 16.2. Потенциальные диаграммы диода при постоянном анодном напряжении и разном напряжении накала На некотором расстоянии
х0 от катода потенциал становится минимальным (φмин) и обычно составляет десятые доли вольта. На этом участке электрическое
поле является тормозящим. Около катода образуется потенциальный барьер. На анод попадают только те электроны, у которых начальная
скорость достаточна для преодоления потенциального барьера. Электроны с меньшей начальной скоростью теряют энергию, не дойдя
до «вершины» потенциального барьера. Они возвращаются на катод. Кривая 3 соответствует режиму объемного заряда. Следующее
увеличение накала характеризует кривая 4: потенциальный барьер стал выше и «отодвинулся» от катода. Все это иллюстрирует
следующая механическая аналогия. Пусть кривые на рис. 16.2 изображают рельеф мес
