Двухэлектродная электронная лампа – диод

Диод является наиболее простой электронной лампой. Он содержит два электрода: катод и анод. Катод является излучателем электронов (эмиттером), а анод – их собирателем (коллектором), условное обозначение диодов приведено на рисунке 1.2.

б

а

Рисунок 1.2 – Условное обозначение диодов

а – диод; б – двойной диод с катодом

Анод диодов выполняется в виде цилиндра из тугоплавких металлов (никель, титан, тантал, молибден). Катод выполняется из никеля или платины, покрытых оксидным слоем щелочноземельных металлов. Работают они при температурах t° = 650 – 850 °C. Разогревается катод нитью накала. Напряжение цепи накала составляет 1…6 В. При разогреве катода на его поверхности возникает термоэлектронная эмиссия. Для работы этой лампы требуется два источника питания: накала и анода.

Схема включения диода приведена на рисунке 1.3.

VL

mA

V

V

U_а

SA₂

PV₂

PV₁

SA₁

R₂

R₁

U_н

Рисунок 1.3 – Схема включения диода

Принцип работы диода

Если к электродам лампы приложить напряжение U_a, то под действием возникшего в пространстве между анодом и катодом электрического поля, испускаемые раскаленным катодом, электроны будут двигаться к положительному аноду. Через лампу пройдет ток. При изменении полярности анода и катода электроны под действием электрического поля возвращаются назад на катод и ток через лампу протекать не будет. Свойство диода пропускать ток только в одном направлении называется односторонней проводимостью.

Условие работы диода: U_a > 0; U_н > 0.

Величина анодного тока зависит от температуры разогрева катода и величины анодного напряжения U_a. При возрастании температуры катода возрастает количество электронов, достигших анода. При небольших значениях анодного напряжения U_a не все электроны попадут на анод. Температура разогрева катода зависит от величины напряжения накала.

Используются диоды в настоящее время для выпрямления переменного тока в основном в высоковольтных выпрямителях и в схемах детектирования.

Характеристики и параметры диода

Свойства электронных ламп определяются их характеристиками и параметрами.

Характеристики ламп показывают графически зависимость тока, протекающего между электродами, от напряжений, приложенных к этим электродам.

Параметры ламп – это постоянные величины, дающие представление о том, как влияют на ток лампы напряжения на ее электродах.

Характеристики диода

Основные характеристики диода это:

• анодная характеристика I_a = f (U_a) при U_н = const;

• накальная характеристика I_a = f (U_a) при U_а = const.

i_a

На рисунке 1.4 приведена анодная характеристика, которая имеет основное практическое значение, т. к. электронные устройства обычно работают при неизменном напряжении накала U_н.

U_a

i_s

0

B

A

Рисунок 1.4 – Анодная характеристика диода

При небольшом анодном напряжении U_a объемный заряд сохраняется, а при больших U_a рассасывается и сдвигается к катоду. При некотором напряжении U_a наступает режим насыщения, при котором все электроны достигают анода.

Режим пространственного заряда во всех лампах является основным рабочим режимом. Электронные лампы работают при U_н = const, и ток анода I_a в цепи диода пропорционален напряжению U_a в степени 3/2 (закон степени 3/2):

I_a = σU_a^3/2,

где, σ – постоянная для данного типа лампы.

В режиме насыщения ток I_a не должен зависеть от напряжения U_a.