Електронно-вакуумні прилади: діод та тріод Основне призначення діодів – випрямлення змінного струму.
Діод має два електроди в скляному, металічному або керамічному балоні з вакуумом. Один електрод – це розжарений катод, який призначений для емісії (випускання) електронів. Другий електрод – анод – приймає електрони, які випускаються катодом. Катод та анод вакуумного діоду аналогічні емітеру та базі напівпровідникового діода. Анод притягує електрони, якщо він має позитивний відносно катоду потенціал. Між анодом та катодом утворюється електричне поле, яке при позитивному потенціалі анода є прискорюючим для електронів. Електрони, що вилітають з катода, під дією поля рухаються до анода.
Простий катод виконують у вигляді дротинки, яка розжарюється струмом. Такі катоди називають прямого або безпосереднього розжарювання. Велике розповсюдження отримав катод непрямого розжарювання (підігрівний). Це металічний циліндр, поверхня якого покрита активним шаром, який емітує електрони. Всередині циліндра знаходиться підігрівач у вигляді дротинки, що розжарюється струмом. В найбільш розповсюдженій циліндричній конструкції діоду анод має форму циліндра.
Всі електрони, що вилітають з катоду, утворюють струм емісії Ie = Nq, де N – кількість електронів, які вилетіли за 1 с; q – заряд електрона.
Між анодом та катодом утворюється від’ємний заряд, який називається об’ємним або просторовим і який перешкоджає руху електронів до аноду. При недостатньому позитивному потенціалі аноду не всі електрони можуть подолати дію об’ємного заряду, тому частина їх повертається на катод.
Електрони, які вийшли з катоду безповоротно, визначають катодний струм (струм катоду), позначається Iк або iK: iK = nq<Ie, де n – кількість електронів, які вийшли за 1 с з катоду та не повернулися.
Чим вищим є потенціал анода, тим більше електронів долає об’ємний заряд та прямує до анода, тобто тим більшим є катодний струм.
Потік електронів, які прямують від катода та потрапляють на анод, називають анодним струмом. Він протікає в анодному колі та позначається Iа або ia. В діоді катодний та анодний струми рівні один одному: ia = iк.
Анодний струм є головним струмом електронної лампи. Електрони цього струму рухаються всередині лампи від катода до анода, а зовні лампи – від анода до плюсової клеми анодного джерела, потім всередині нього та від мінусової клеми джерела – до катода лампи.
При зміні позитивного потенціалу анода змінюється катодний струм та рівний йому анодний струм. В цьому полягає електростатичний принцип керування анодним струмом.
Якщо потенціал анода негативний по відношенню до катода, тоді поле між анодом та катодом гальмує електрони, які вилітають з катода, та повертає їх на катод. В цьому випадку катодний та анодний струми рівні нулю.
Основна властивість діода – здатність проводити струм лише в одному напрямі. Електрони можуть рухатись лише від розжареного катода до анода, який має позитивний потенціал. Якщо на аноді негативний відносно катоду потенціал, тоді діод закритий, тобто він розмикає коло. Діод володіє односторонньою провідністю та подібно напівпровідниковому діоду може випрямляти змінний струм.
Різницю потенціалів між анодом і катодом називають анодною напругою та позначають Ua або uа.
Другим колом діода є коло розжарення. Воно складається з джерела Eн та підігрівача. Струм розжарення позначають Iрозж, а напругу розжарення – Uрозж.
Тріоди мають третій електрод – керуючу сітку, яка розташована між анодом та катодом. Вона призначена для електростатичного керування анодним струмом. Якщо змінювати потенціал сітки, тоді змінюється електростатичне поле і внаслідок цього змінюється катодний струм лампи.
Тріод має кола розжарення та анода, подібні таким самим колам діода, та коло сітки, яке складається з проміжку катод-сітка всередині лампи та джерела сіткової напруги Еg.
Різниця потенціалів між сіткою і катодом називається сітковою напругою та позначається Ug або иg.
При позитивній напрузі на сітці частина електронів потрапляє на сітку, тому в її колі утворюється сітковий струм, який позначається 1g або ig.
Основний та корисний струм у тріоді – анодний. В провіднику катода протікає сумарний струм, який називається катодним струмом: iк = ia + ig.
Можливість керування анодним струмом за допомогою сітки визначає основне призначення тріодів – підсилення електричних коливань. Тріоди застосовуються також для генерації електричних коливань різної частоти.