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 местности, а из точки О выкатываются с различными
скоростями шарики (электроны, вылетающие из катода). Если от точки О начинается уклон (рельеф 1 и 2), все шарики скатываются
вниз. Но если рельеф соответствует кривой 3, то вначале имеется горка и через нее перекатятся только шарики с достаточной
начальной скоростью. А шарики с меньшими начальными скоростями скатятся обратно. Именно для удобного перехода к механической
аналогии было выбрано положительным направление вниз по оси ординат. На рис. 16.3 даны потенциальные диаграммы при различном
анодном напряжении и постоянном напряжении накала. При некотором значении Ua наступает режим насыщения (кривая 1), при меньшем
напряжении — режим объемного заряда (кривая 2). Кривая 3 для еще более низкого напряжения показывает, что потенциальный барьер
стал выше. Кривая 4 соответствует напряжению Ua = 0. Для получения Ua = 0 надо замкнуть анод с катодом. В этом случае в пространстве
анод — катод электроны создают объемный заряд и повышается потенциальный барьер. Электроны, обладающие большими начальными
скоростями, преодолевают этот барьер