1. Краткие теоретические сведения

Диод - двухэлектродная электронная лампа - состоит из анода и катода, размещенных в стеклянном, металлическом, или металлокерамическом баллоне, в котором создан вакуум (рис. 1.1).

При нагревании катода электроны термоэмиссии создают в межэлектродном пространстве объемный отрицательный заряд. При положительном напряжении на аноде (относительно катода) электроны устремляются на анод, и во внешней цепи протекает анодный ток I_a зависимость которого от анодного напряжения U известна как «закон 3/2»:

где g «первеанс» диода - константа, зависящая от геометрии диода и температуры катода.

А – анод; К – катод; Н – нить накала ООЗ – область объёмного заряда;

Рисунок 1.1 – Рисунок 1.2 –

Устройство (а) и условное графическое Идеальная (а) и реальная (б) ВАХ

вакуумного диода

Зависимость (1.1) справедлива только на начальном участке ВАХ диода (рис. 1.2), пока существует объемный заряд. При дальнейшем увеличении анодного напряжения объемный заряд полностью рассасывается, и анодный ток достигает насыщения — постоянной величины, определяемой температурой катода.

При изменении полярности анодного напряжения на отрицательную ток в цепи анода практически равен нулю. Это свойство односторонней проводимости является основным отличительным свойством диода, которое лежит в основе работы выпрямителей переменного тока. Нелинейность ВАХ диода используется для создания смесителей и детекторов ВЧ колебаний в радиотехнических устройствах.

Основными параметрами диодов являются крутизна ВАХ S,

внутреннее сопротивление R_i, сопротивление постоянному току R₀, межэлектродные емкости, а также предельно допустимые значения обратного напряжения и рассеиваемой мощности.

Крутизна определяется как S = d I / d U при постоянном напряжении накала. В наиболее крутом участке ВАХ S - (1-10) mA/B.

Из закона «3/2» следует, что S = 3,2 gU .

Дифференциальное сопротивление R_i = dU / dI = 1/ S можно рассматривать как сопротивление диода переменному току.

Сопротивление лампы постоянному току в заданной рабочей точке ВАХ равно отношению R_о – U_о / I_о .

При напряжении, большем пробивного, возможен электрический пробой между электродами или их внешними выводами.

Общая мощность, рассеиваемая на аноде, Р = U_о I_о , в рабочей точке ВАХ. Тогда максимально – допустимый ток I_m = Р_m /U.

Электровакуумные диоды применяют, главным образом, для выпрямления переменного тока в устройствах электропитания РЭА. В других областях применения они вытеснены более экономичными, миниатюрными и быстродействующими полупроводниковыми диодами, Вакуумные диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока, называются кенотронами.

2. Порядок выполнения работы

В работе исследуют ВАХ диода при различных напряжениях накала катода. По характеристикам определяют параметры диода и изучают их зависимость от анодного напряжения и напряжения накала.

Схема измерений показана на рис. 1.3. Работа выполняется в следующем порядке:

а) Снять зависимости анодного тока I_a, диода от анодного напряжения U_а, (семейство анодных характеристик) при различных напряжениях накала U_n (2 и 2,5 В). При этом измерения I_a, проводят при U_a, = 20, 40, 60, 80, 100 В.

б) Снять зависимости анодного тока диода от напряжения накала (накальные характеристики) при различных анодных напряжениях U_a = 40 и 80 В. При этом измерения анодного тока проводят при U_n = 2; 2,5; 3 В. Экспериментальные данные занести в таблицы.

Рисунок 1.3 – Принципиальная схема измерений