електровакуумний діод
Електровакуумний діод - вакуумна двохелектродна електронна лампа. Катод діода нагрівається до температур, при яких виникає термоелектронна емісія. При подачі на анод негативного щодо катода напруги все емітовані катодом електрони повертаються на катод, при подачі на анод позитивної напруги частина емітованих електронів спрямовується до анода, формуючи його струм. Таким чином, діод випрямляє прикладена до нього напруга. Це властивість діода використовується для випрямлення змінного струму і детектування сигналів високої частоти. Практичний частотний діапазон традиційного вакуумного діода обмежений частотами до 500 МГц. Дискові діоди, інтегровані в хвилеводи, здатні детектувати частоти до 10 ГГц
Діод - двухелектродний прилад, що складається з катода і анода. Одна група діодів призначена для детектування, тобто для виділення напруги низької частоти з модульованих високочастотних коливань. Вони випускаються з катодами непрямого напруження і мають електроди невеликого розміру, розраховані на малі анодні струми, малу допустиму потужність втрат на аноді і порівняно невисока зворотна напруга. Друга група діодів (діоди великої потужності) призначена для випрямлення змінної напруги, в основному, струму промислової частоти.
Електровакуумний діод являє собою посудину (балон), в якому створено високий вакуум. У балоні розміщені два електроди - катод і анод. Катод прямого напруження є прямою або W-подібну нитка, розігрівається струмом напруження. Катод непрямого розжарення - довгий циліндр або короб, всередині яких покладена електрично ізольована спіраль підігрівача. Як правило, катод вкладений всередину циліндричного або коробчатого анода, який в силових діодах може мати ребра або «крильця» для відводу тепла. Висновки катода, анода і підігрівача (в лампах непрямого напруження) з'єднані з зовнішніми висновками (ніжками лампи).
Принцип роботи При розігріві катода електрони почнуть покидати його поверхню за рахунок термоелектронної емісії. Покинувши поверхню електрони будуть перешкоджати вильоту інших електронів, в результаті навколо катода утворюється свого роду хмара електронів. Частина електронів з найменшими швидкостями з хмари падає назад на катод. При заданій температурі катода хмара стабілізується: на катод падає стільки ж електронів, скільки з нього вилітає. Уже при нульовій напрузі анода щодо катода (наприклад, при короткому замиканні анода на катод) в лампі тече струм електронів з катода в анод: відносно швидкі електрони долають потенційну яму просторового заряду і притягуються до аноду. Відсічення струму настає тільки тоді, коли на анод подано замикає негативна напруга порядку? 1 В і нижче. При подачі на анод позитивної напруги в діод виникає прискорює поле, струм анода зростає. При досягненні струмом анода значень, близьких до межі емісії катода, зростання струму сповільнюється, а потім стабілізується (насичується).
Вольт-амперна характеристика (ВАХ) електровакуумного діода має 3 характерних ділянки:
1. Нелінійний ділянку. На початковій ділянці ВАХ струм повільно зростає при збільшенні напруги на аноді, що пояснюється протидією полю анода об'ємного негативного заряду електронного хмари. У порівнянні з струмом насичення, анодний струм при U_a = 0 дуже малий (і не показаний на схемі). Його залежність від напруги зростає експоненціально, що обумовлюється розкидом початкових швидкостей електронів. Для повного припинення анодного струму необхідно докласти певних анодна напруга менше нуля, зване замикаючим.
2. Ділянка закону ступеня трьох других. Залежність анодного струму від напруги описується законом ступеня трьох других: j = g \ cdot U_a ^, де g - постійна, що залежить від конфігурації і розмірів електродів (первеанс). У простій моделі первеанс не залежить від складу і температури катода, в дійсності росте з ростом температури через нерівномірне нагрівання катода.
3. Ділянка насичення. При подальшому збільшенні напруги на аноді зростання струму сповільнюється, а потім повністю припиняється, так як всі електрони, що вилітають з катода, досягають анода. Подальше збільшення анодного струму застосовується для розрахунку напруження неможливо, оскільки для цього потрібні додаткові електрони, а їх взяти ніде, так як вся емісія катода вичерпана. Усталеною анодний струм називається струмом насичення. Ця ділянка описується законом Річардсона-Дешмана: j = AT ^ 2 \ exp \ left (- \ right), де A == 120 ^ 2 \ text ^ 2 >> - універсальна термоелектронна постійна Зоммерфельда.
ВАХ анода залежить від напруги розжарення - чим більше напруження, тим більше крутизна ВАХ і тим більше струм насичення. Надмірне збільшення напруги напруження призводить до зменшення терміну служби лампи.
До основних параметрів електровакуумного діода відносяться:
- Крутизна ВАХ: S = - зміна анодного струму в мА на 1 В зміни напруги.
- Диференціальний опір: R_i =
- Максимально допустимий зворотна напруга. При певній напрузі, доданому в зворотному напрямку (тобто змінена полярність катода і анода), відбувається пробій діода - проскакує іскра між катодом і анодом, що супроводжується різким зростанням сили струму.
- Замикає напруга - напруга, необхідне для припинення струму в діоді.
- Максимально допустима розсіює потужність.
- Крутизна і внутрішній опір є функціями від анодної напруги і температури катода.
Якщо температура катода постійна, то в межах ділянки «трьох других» крутизна дорівнює першої похідної від функції «трьох-друге».
Вони випускаються як з катодами прямого, так і подогревним (непрямого) напруження і діляться на два класи: низьковольтні і високовольтні. До малопотужним високочастотним диодам, призначеним для детектування високочастотних коливань, відносяться діоди типу 6Х6С, 6Х2П, 6Х7Б, а також діоди в комбінації з тріодами і пентодами: 1Б1П, 1Б2П, 6Б2П, 6Б8С, 6Г2 і 6Г7. До кенотрон, призначеним для випрямлення напруги промислової частоти в випрямлячах радіоапаратури, відносяться: 5Ц3С, 5Ц4С, 5Ц9С, 6Ц4П і 6Ц5С.
- Перший елемент - число, що позначає (округлено) напруга напруження.
- Другий елемент - буква, що позначає тип лампи: Д - одинарні діоди. Х - подвійні діоди. Ц - кенотрони (назавісімо від числа анодів).
- Третій елемент - число, яке вказує порядковий номер типу приладу з однаковими іншими елементами позначення.
- Четвертий елемент - буква, яка вказує на конструктивне оформлення. Лампи в металевому балоні цієї букви не мають. З - скляний балон; П пальчикова лампа; Б - мініатюрна лампа діаметром 6 мм; Ж - лампи типу "жолудь", спеціально для УКХ; Л - лампи з замковим цоколем, що усуває можливість випадання з гнізда при трясці.