Основное свойство вакуумного диода

Лабораторная работа № 10

Задание.Измерить (снять) анодные характеристики вакуумного диода при двух различных токах накала, определить сопротивление диода при различных напряжениях и проверить его одностороннюю проводимость для электрического тока.

Приборы и принадлежности:1)электронная лампа (кенотрон) 5Ц4М на панели с зажимами; 2) два цифровых мультиметра; 3) реостат лабораторный; 4) потенциометр проволочный; 5) источник электропитания постоянного и переменного тока; 6) соединительные провода.

Литература.1. Трофимова Т.И. Курс физики, учебное пособие. – Москва, Академия, издание 6, 2006, § 105.

2. Дулин В.Н., Аваев В.П., Дёмин В.П. и др. Электронные приборы, учебник для вузов. — Москва, Энергоатомиздат, 1989, 496 с.

1. Электронно — вакуумные приборы (электронно-вакуумные лампы, электронные лампы) – вакуумные приборы, работа которых основана на взаимодействии потока электронов, движущихся в высоком вакууме, с электрическим полем, создаваемым металлическими электродами.

Конструктивно они представляют собой стеклянные, металлические или керамические герметичные сосуды, из которых удалён воздух и внутри которых находятся два или более металлических электродов. Давление остаточных газов в электронной лампе составляет 10 -6 мм рт. ст. и менее. Высокий вакуум необходим для того, чтобы газы (воздух) не мешали движению электронов в лампе.

В этих приборах источником электронов является катод — электрод с отрицательным потенциалом, который при пропускании через него тока разогревается и испускает электроны. Эти электроны движутся под действием сил электрического поля к аноду, электроду с высоким положительным потенциалом. Попадая на анод электроны создают электрический ток в электрической цепи, в состав которой и входит электронная лампа. Другие электроды, называемые сетками, служат для создания электрических полей, которые управляют интенсивностью потока электронов, то есть количеством электронов, попадающих на анод (в электрическую цепь).

Количество электродов, их форма, размеры и взаимное расположение определяют функциональное назначение, характеристики и название электронных ламп.

Электронная лампа, имеющая два электрода –анод и катод, называется диодом. Триод имеет три электрода: катод, анод и управляющую сетку. Лампа, содержащая четыре электрода, называется тетродом, а пять электродов –пентодом.

Существуют электронные лампы с большим числом электродов (гептод, октод), а также совмещённые лампы такие как: двойной диод, двойной триод, триод-пентод и другие. Фактически это две лампы в одном герметичном вакуумированном корпусе (сосуде).

Внешний вид некоторых электронных ламп и их условные обозначения на электрических схемах показаны на рис. 1 и рис.2, а отдельные элементы (электроды) пятиэлектродной лампы (пентода) приведены на рис. 3.

Рис. 1 —В нижней части (цоколе) в корпус вплавлены ножки, с помощью которых лампа соединяется с электрической схемой.

Рис. 2 – Условные обозначения и названия электродов некоторых электронных ламп: диода, триода, тетрода и пентода.

Рис. 3 –Элементы электронной лампы (пентода). На левом снимке изображены слева-направо: нить накала, катод, три сетки и анод, в верхней части – элементы крепления и кольцо с поглотителем остатков воздуха; на правом снимке – анод электронной лампы.

Принцип работы. Действие электронных ламп основано на явлении термоэлектронной эмиссии и действии электрического поля на движущиеся заряды.

Явление, которое используется в электронных лампах для получения электронных потоков, называется термоэлектронной эмиссией. Термоэлектронная эмиссия — это испускание электронов с поверхности нагретого вещества.В этих приборах электроны испускаются катодом, который нагревают, пропуская через него небольшой ток , называемый током накала.

Катоды бывают двух видов: прямого накала и косвенного накала. Первые представляют собой тонкую металлическую нить из тугоплавкого металла (вольфрама), через которую пропускают ток. Катоды подогревные или косвенного накала представляют собой узкий никелевый цилиндр (в левой части рис. 3 он находится вторым), внутри которого находится располагается нить накала (в левой части рис.3 она находится первой, с краю). Ток пропускается через нить накала, которая и разогревает сам катод.

Испускание электронов (эмиссия) осуществляется с поверхности катода при его нагревании до достаточно высокой температуры. При такой температуре металлического катода часть свободных электронов имеет достаточную кинетическую энергию, чтобы вылететь с поверхности катода в безвоздушное пространство прибора.

Количество электронов, вылетающих с единицы площади поверхности катода за 1 секунду, характеризует его эмиссионную способность, которая определяется материалом катода и его температурой. Эта способность обуславливает ток насыщения электронных ламп и описывается формулой, известной как закон Ричардсона – Дешмана.

J_н = C . T 2. exp (- A/ kT ) (1)

где J_н — плотность тока насыщения, характеризует эмиссионную способность материала катода; T- абсолютная температура катода ; A — работа выхода электронов; k — постоянная Больцмана; С — термоэлектронная постоянная.

Применение. Все электронные лампы, кроме диода, обладают усилительными свойствами. Они позволяют заметно увеличить амплитуду слабого переменного электрического сигнала (напряжения), подаваемого на управляющую сетку. Поэтому их используют для приёма, усиления и генерации , а также для преобразования электрических колебаний (напряжений). Основное применение вакуумных диодов – выпрямление переменного тока и детектирование электрических колебаний.

В настоящее время применение электронных ламп в технике заметно ограничено вследствие повсеместного использования полупроводников приборов (диодов, транзисторов, тиристоров, микросхем) и устройств из других электронных материалов. Однако их все ещё широко применяют для производства мощных высокочастотных генераторов, высококачественной аудиотехники.

2. Вакуумный диод.Вакуумный диод представляет собой двухэлектродный электронный прибор (электронную лампу). Он состоит из катода и анода, который часто имеет вид цилиндра, коаксиального с нитью накала катода. Устройство диода и его условное обозначение показано на рис. 4.

Рис. 4

Анод имеет один вывод для соединения с цепью, для катода косвенного накала делают два вывода от нити накала и один от катода.

При разогреве катода с помощью тока накала электроны начинают вылетать с его поверхности за счёт термоэлектронной эмиссии. Покинувшие катод электроны будут препятствовать вылету других электронов, в результате чего вокруг катода образуется электронное облако. Часть электронов из этого облака с небольшими скоростями возвращается обратно в катод. При постоянной температуре катода облако стабилизируется, имеет место динамическое равновесие, при котором на катод падает из облака столько же электронов, сколько их вылетает из него за счёт термоэлектронной эмиссии.

При подаче на катод отрицательного потенциала, а на анод – положительного потенциала между ними возникает электрическое поле, которое заставляет электроны двигаться от катода к аноду, приводя тем самым к появлению в цепи тока (рис.4).

Если же на катод подан положительный потенциал («плюс»), а на анод отрицательный потенциал («минус»), то электрическое поле препятствует движению электронов, которые вылетают из катода и ток в цепи не течёт. Такое включение диода называется обратным, а напряжение между катодом и анодом — обратным напряжением.

В вакуумном диоде ток идёт только в одном направлении – от анода к катоду. При этом электроны, образующие ток, движутся от катода к аноду. Диод обладает односторонней электрической проводимостью.

При неизменном токе накала, то есть при постоянной температуре катода, сила анодного тока I_a зависит от анодного напряжения U_a . При постепенном повышении анодного напряжения сила анодного тока растёт до определённого значения, после чего она остаётся неизменной, несмотря на дальнейшее увеличение анодного напряжения. Основной характеристикой диода является его анодная характеристика или вольт-амперная характеристика диода, которая показывает зависимость анодного тока диода от анодного напряжения при неизменном напряжении накала.

Анодная характеристика вакуумного диода показана на рис. 5. Она имеет три участка.

1. Первый, нелинейный участок. На начальном участке анодной характеристики ток медленно возрастает при увеличении напряжения на аноде, что объясняется противодействием электрическому полю анода объёмного отрицательного заряда электронного облака.

Рис. 5 –Анодная характеристика вакуумного диода. I_a – сила анодного тока, U_a – анодное напряжение, то есть напряжение между анодом и катодом, U_н – напряжение накала катода.

При анодном напряжении, равном нулю, вылетевшие из катода электроны образуют вокруг него отрицательный пространственный заряд, называемый электронным облаком, который отталкивает вылетающие из нагретого катода электроны. Большая их часть возвращается на катод и лишь незначительному числу электронов удается долететь до анода. Поэтому даже при анодном напряжении U_а = 0 сила анодного тока I немногим больше нуля. Для того чтобы уменьшить ток до нуля I_а = 0, нужно приложить к аноду небольшое отрицательное напряжение, называемое запирающим. Поэтому вольт-амперная характеристика диода начинается чуть левее начала координат, что обычно не показывают на рисунках (графиках).

С увеличением положительного анодного напряжения увеличивается число электронов, переносимых на анод, и электронное облако около катода постепенно уменьшается. Сила анодного тока растёт с увеличением напряжения экспоненциально, что обусловлено разбросом начальных скоростей вылетевших их катода электронов.

2. Второй участок анодной характеристики описывается законом Ленгмюра – Богуславского или «законом трёх вторых», согласно которому зависимость силы анодного тока от напряжения определяется выражением

Здесь k — постоянная, зависящая от материала, температуры, площади катода и от расстояния между катодом и анодом.

2. Третий участок — участок насыщения. При дальнейшем увеличении напряжения на аноде рост тока замедляется, а затем полностью прекращается, так как все электроны, вылетающие из катода, достигают анода. Дальнейшее увеличение анодного тока при данной величине тока накала невозможно, поскольку для этого нужны дополнительные электроны, которых нет. Установившейся в этом режиме анодный ток называется током насыщения. Ток насыщения I_н – это наибольший возможный анодный ток при данной температуре катода, определяемой током накала.

Этот участок характеристики описывается законом Ричардсона – Дешмана, определяемый формулой (1): J_н = C . T 2. exp (- A/ kT ).Очевидно, что для увеличения тока насыщения необходимо увеличить число электронов, вылетающих за 1 с из катода, то есть нужно повысить температуру катода, увеличив ток накала.

Основные параметры вакуумного диода:

— крутизна вольт-амперной (анодной) характеристики , численно равная изменению анодного тока (в мА) при изменении анодного напряжения на 1 В;

— дифференциальное сопротивление ;

— максимально допустимое обратное напряжение. При некотором напряжении, приложенном в обратном направлении происходит пробой диода. Между катодом и анодом проскакивает искра, что сопровождается резким возрастанием силы тока;

— запирающее напряжение — напряжение, необходимое для прекращения тока в диоде;

— максимально допустимая рассеиваемая мощность

Крутизна S_i и дифференциальное сопротивление R_i являются функциями анодного напряжения и температуры катода.

Применение вакуумного диода.Вакуумный диод пропускает ток только в одном направлении. Поэтому его используют в качестве выпрямителя переменного тока, то есть для преобразования электрических колебаний в напряжение постоянной полярности. Диод, действующий как выпрямитель, называют кенотроном.

Схема выпрямителя переменного тока (напряжения) на одном кенотроне показана на рис. 6 (а). График входного переменного напряжения U_вх , подводимого к точкам А и Б, приведен на рис. 6 (б). Через кенотрон ток протекает лишь в течение одной половины периода переменного тока, когда ток в диоде направлен от анода к катоду (на аноде – плюс, на катоде – минус). В это время на нагрузочном резисторе R возникает напряжение U_вых = I_а R , котороеизменяется со временем согласно кривой (а) на рис. 7. По оси абсцисс отложено время, а по оси ординат – напряжение на резисторе, то есть выходное напряжение. В следующий полупериод ток через диод не течёт и напряжения на резисторе R нет. Таким образом выходное напряжение U_вых имеет постоянную полярность, хотя и меняется по величине Такое напряжение или ток называют пульсирующим, а саму схему – однополупериодным выпрямителем.

Рис. 6: (а) – схема однополупериодного выпрямителя переменного напряжения на одном кенотроне; (б) – зависимость (график) входного напряжения от времени.

Чтобы избавится от пульсаций между диодом и нагрузкой включают сглаживающие фильтры. Простейший из них представляет собой конденсатор С достаточно большой ёмкости, включенный параллельно резистору R, как на рис.8. При нарастании входного напряжения конденсатор быстро заряжается, но затем при уменьшении напряжения он медленно разряжается через резистор R, так как электроны в диоде не могут двигаться от анода к катоду. В результате получается выходное напряжение, изображенное кривой (б) на рис.7. Пульсации напряжения тем меньше, чем больше постоянная времени цепи, определяемая произведением RC.

Выполнение работы

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

U_а , В

I_а , мА

2. Ознакомьтесь с устройством исследуемого диода и зарисуйте его цоколёвку (рис.9). В работе используется один диод двуханодного кенотрона 5Ц4М. Этот кенотрон применяется для выпрямления переменного тока промышленной частоты 50 Гц. Он имеет следующие параметры:

напряжение накала 5 В,

напряжение анода номинальное (постоянное) – 50 В,

ток анода номинальный – не менее 300 мА,

обратное напряжение анода (амплитудное) — 1550 В,

выпрямленный ток (для каждого диода) – не менее 133 мА,

напряжение вторичной обмотки трансформатора — 2· 400 В.

Катод оксидный косвенного накала. Кенотрон работает в любом положении.

Рис. 9: (а) – внешний вид кенотрона 5Ц4М; (б), (в) – цоколёвка кенотрона 5Ц4М.

Рис.10 – Схема измерения анодной характеристики вакуумного диода.

3. По схеме, изображенной на рис. 10, соберите электрическую цепь. Она состоит из двух цепей: накальной и анодной. Сначала соберите цепь накала. Движок реостата, включённого в цепь накала, поставьте в такое положение, чтобы реостат был полностью выключен. Затем соберите анодную цепь. Ручку потенциометра поставьте на минимум анодного напряжения.

4. После включения источника питания в сеть дайте лампе прогреться в течение 1-2 минут.

5. Снимите анодную характеристику диода при номинальном напряжении накала 5 В. Для этого с помощью потенциометра постепенно увеличивайте анодное напряжение от нуля до 200 В и через каждые 5 — 10 В снимайте показания мультиметра, работающего в режиме вольтметра, и соответствующие им показания силы тока с помощью другого мультиметра, поддерживая при этом неизменным напряжение накала катода. Результаты измерений занесите в таблицу.

6. Закончив измерения, выключите источники питания и по полученным данным постройте анодную характеристику диода. По оси абсцисс откладывайте анодное напряжение U_a в вольтах, по оси ординат – значения силы анодного тока I_a в миллиамперах.

7. По полученному графику определите внутреннее сопротивление диода при напряжениях на аноде 20 В и 80 В.

8. Подобным образом снимите вторую анодную характеристику диода при меньшем напряжении накала (например, при U_н = 2 или 3 В). Нужное напряжение накала устанавливается с помощью реостата в цепи накала. Далее, как и в пункте 5, постепенно увеличивайте анодное напряжение и через каждые 5 — 10 В записывайте показания приборов.

9. По полученным данным также постройте вторую анодную характеристику диода.

10. Смените полярность включения диода: анод подключите к минусу, а катод к плюсу источника тока. Увеличивая постепенно напряжение на диоде, проследите за показаниями миллиамперметра. Отметьте, идёт ли ток через диод?

11. Сделайте вывод по проделанной работе.

1. Какое явление называется термоэлектронной эмиссией? Законы термоэлектронной эмиссии.

2. Что называют электронно-вакуумными приборами или электронными лампами?

3. Катоды прямого и косвенного накала. Их устройство и работа.

4. Вакуумный диод. Устройство, обозначение и принцип действия.

5. Подчиняется ли анодный ток в вакуумном диоде закону Ома? Нарисуйте график анодной характеристики диода.

6. Что называется током насыщения?

7. Определите по анодной характеристике, в каком интервале напряжений ток изменяется наиболее сильно и в каком наиболее слабо. Как это объяснить?

8. От чего зависит сила тока насыщения вакуумного диода?

9. Как, не изменяя анодное напряжение, можно увеличить силу тока в диоде?

10. Почему при меньшем токе накала анодная характеристика диода располагается ниже, ток насыщения меньше и насыщение наступает при меньшем анодном напряжении?

11. Нарисуйте схему однополупериодного выпрямителя переменного тока на вакуумном диоде, график выпрямленного тока. Объясните работу выпрямителя

\|	следующая лекция ==>
\|	Структура программы на Паскале

Дата добавления: 2016-09-03 ; просмотров: 1903 | Нарушение авторских прав

Вакуумным диодом называется лампа, преобразующая переменный ток в постоянный. Этот радиоэлемент способен работать с достаточно высоким напряжением и частотой. Преимущество перед полупроводниковыми диодами – отсутствие обратного тока. Недостаток – более низкий КПД.

Устройство

Вакуумный диод – самая простая электронная лампа в виде стеклянного или металлокерамического баллона без воздуха. В емкость с вакуумом размещаются 2 электрода. У катода форма цилиндра, он покрывается оксидом бария, стронция или кальция, увеличивающих количество электродов, испускаемых при нагревании. Анод изготавливается овальной или круглой формы, устанавливается на одну ось с катодом.

Выводы электродов выводятся сквозь стенки баллона. Если емкость металлокерамическая, в ней сверлятся отверстия, в которые впаиваются бусинки из стекла. В баллоне из стекла выводы впаиваются в основной материал. У анода один вывод. Если катодом служит нить какала, то выводов два (от каждого конца). При встраивании подогревного катода выводов три (2 от нити, один – от вещества, выделяющего электроны).

Электровакуумный диод тоже лампа электронного типа, по строению мало отличающаяся от вакуумного варианта. Основная особенность – строение катода. В электровакуумных моделях он прямой, W-образный или V-образный. При использовании двух последних вариантов удлиняется нить накала.

Форма анода вакуумного диода – прямоугольник с круглыми углами. Основное преимущество – одинаковое расстояние любой точки поверхности до минусового электрода. Для отвода избытка тепла анод может быть оснащен «крылышками». Чтобы увеличить удобство использования, такие лампочки оснащаются цоколем, изготовленным из диэлектрика, со штырьками, обеспечивающими контакт с ламповой панелью.

Принцип работы

Работа вакуумного диода основана на отсутствии в баллоне воздуха. Вакуум способствует отделению электронов от катода после подачи на него напряжения и достижения определенного уровня нагрева.

Важно! Анод лампы соединяется с плюсовым выводом источника питания, катод – с минусовым.

Заряженные частицы образуют облако.
Частицы, имеющие небольшую скоростью, возвращаются на поверхность минусового электрода.
После подключения к напряжению плюсового электрода электроны, имеющие большую скорость, перемещаются к нему.
в процессе формирования ускоряющего поля поток частиц от минуса к плюсу увеличивается.
при объеме электронов, близком к предельному значению эмиссии, электроток стабилизируется (это явление называется насыщением).

Электронное облако стабилизируется при достижении определенного уровня температуры. На минусовой электрод возвращается такое же количество частиц, какое отделилось.

При подключении анода к отрицательному выводу источника питания, а катода – к положительному, электроны, которые выделяет катод, использовать невозможно. Их скорость небольшая, положительно заряженный минусовой электрод их притягивает. Те отрицательные частицы, которые создают облако и имеют большую скорость, отталкивает анод по причине отрицательного заряда.

Вольт-амперная характеристика

Во время работы вакуумной лампы для эмиссии заряженных частиц требуется определенная температура. Анодный электроток появляется после того, как электроны начинают перемещаться к аноду, обозначается как Іа при напряжении Uа. Вольтаж накала обозначается как Uн.

Для создания графика ВАХ (вольт амперной характеристики) подается небольшое плюсовое напряжение на анод, если оно постепенно увеличивается, отмечается увеличение тока. В процессе построения графика цифровые значения вольтажа откладываются на горизонтальной оси, на вертикальной – параметры анодного тока.

Если напряжения нет (Uа=0) электроны не перемещаются к аноду (Іа=0). После подключения вакуумного диода к источнику питания электроток растет медленно, потом увеличивается быстрее (до достижения точки Б). Если напряжение повышается, рост тока снижается, при достижении точки В прекращается.

Внимание! Чтобы анодный ток в вакуумном диоде увеличить после точки В, требуются дополнительные заряженные частицы. Так как они отсутствуют, необходимо увеличить накал электрода. Этот способ использовать нежелательно из-за уменьшения срока эксплуатации лампы.

ВАХ определяется при проведении технических расчетов перед использованием вакуумного диода.

Маркировка приборов

При нанесении маркировки на вакуумные диоды используется тот же принцип, что для других видов ламп:

цифра, указывающая напряжение;
тип лампочки – диод (Д), выпрямитель (Ц), 2 диода в одном корпусе (Х), механотрон (МХ);
номер разработки;
конструкция — баллон из стекла (С), пальчиковый (П), миниатюрный 10 мм (Б), миниатюрный 6 мм (А), керамический (К).

Если четвертый элемент не обозначен, корпус металлический.

Где используются

У этих элементов имеется важное преимущество – устойчивость к обратному напряжению благодаря вакууму, поэтому они используются для преобразования переменного тока в постоянный:

в лазерной индустрии;
цифровой электронике;
медицинском оборудовании;
радио- и телеаппаратуре.

К недостаткам можно отнести сравнительно большие размеры и расход энергии на разогрев.

Основные выводы

Использовать преимущества вакуумных диодов в радиоэлектронных приборах можно, если известен принцип их работы. Каждый тип этих ламп обладает индивидуальными особенностями, поэтому эффективно работает только в определенных условиях. Максимум пользы можно получить, если при выборе учесть ВАХ и другие важные параметры.

Собирая различные электрические приборы в своей домашней лаборатории, многие люди не только экономят деньги на приобретении новой техники, но и чинят вышедшие из строя электроизделия. Для полноценной работы многих приборов требуются диоды, которые сегодня представлены самыми разнообразными экземплярами. В сегодняшней статье речь пойдет о таком элементе, которые довольно часто встречается в электрических схемах – вакуумный диод.

Чтобы правильно использовать такую детальку, необходимо знать ее устройство, а также какая схема и принцип работы для нее характерны. Обо всем этом вы узнаете из этой статьи.

Что представляет собой устройство

Современный диод вакуумного типа представляет собой баллон, выполненный из металлокерамики или стекла, лишенный воздуха. Их этого баллона выкачивают воздух до давления, находящегося на уровне 10-6 — 10-7 мм рт. ст. Отсюда и название данного элемента электросхем.

Строение диод вакуумного типа

Внутри такой баллон размещены два электрода. Одним из них является катод. Он имеет вид металлического вертикального цилиндра, который покрыт слоем оксида щелочно-земельных металлов (кальция, стронция, бария). Благодаря такому напылению данный элемент получил название оксидный катод.

Обратите внимание! При его нагревании с поверхности происходит значительно большее испускание электродов, чем с обычного металлического элемента аналогичного вида.

Катод внутри содержит изолированный проводник, нагреваемый переменным или постоянным током. При нагревании, катод испускает электроны, которые движутся и достигают второго элемента вакуумного диода – анода.
Анод имеет вид овального или круглого цилиндра. Он с катодом имеет общую ось. Схема диода вакуумного типа имеет следующий вид.

Схема диода вакуумного типа

Кроме вакуумного диода существует еще такое понятие, как электровакуумный диод.
Под собой электровакуумный диод подразумевает двухэлектродную вакуумную электронную лампу. Ее строение аналогично диоду вакуумного типа. По сути это одно и тоже. Здесь катод представляет собой W-образную или прямую нить. Он, в процессе работы такой лампы, нагревается до определенной температуры. В результате нагрева возникает термоэлектронная эмиссия. В ходе подачи на анод отрицательного напряжения относительно катода, электроны возвращаются обратно на катод. Когда на анод подается положительное напряжение, часть из эмитированных электронов начинает двигаться в нему. В результате возникает ток.
В результате своей работы вакуумные диоды и их аналоги способны на выпрямление приложенного к ним напряжения. Таким основным своей свойством обладают вакуумные выпрямители, поэтому они используются в качестве детекторов сигналов высокой частоты и выпрямления переменного тока.
Такое устройство характерно для всех изделий подобного типа. При этом данное устройство и определяет основные характеристики изделия, а также то, какое применение оно будет иметь.

Обратите внимание! Частотный диапазон для диода вакуумного типа несколько ограничен и не превышает 500 МГц. При этом интегрированные в волноводы дисковые диоды, способны на детектирование частоты до 10 ГГц.

Формы основных элементов диода

Форма катода и анода

Катод, входящий в состав диода вакуумного типа, зачастую имеет вид латинских букв W или V. Такая форма используется для увеличения длины изделия. В тоже время анод будет более выгодным, если станет изготавливаться в виде коробки, лишенной боковых граней. В сечении анод имеет форму прямоугольника с закругленными углами.

Такая форма анода определяется необходимостью для того, чтобы он во всех направлениях по возможности находился на одинаковом расстоянии от нагреваемого катода. По этой причиной наиболее выгодной формой для обоих элементов является эллиптическая.
Чтобы снизить степень нагрева анода в его устройстве часто фигурируют ребра (крылышки). Благодаря их наличию, анод имеет более качественное отведение тепла.
И катод и анод в баллоне крепятся при помощи специальных держателей. Для большего удобства в эксплуатации, внизу лампы устанавливается цоколь, состоящий из изоляционного материала. Он оснащен металлическими ножками-штырьками. Эти штырьки обеспечивают контакт лампы при включении ее в гнезда ламповой панели.
Вот такое устройство имеет электровакуумная лампы или диод вакуумного типа.

Принцип функционирования диода вакуумного типа

Чтобы схема, в которую входит выпрямитель вакуумного типа, работала как надо, следует понимать принцип работы такой детали.

Принцип работы диода

Принцип работы вакуумных диодов представляет собой следующую картину:

в ходе разогрева катода, электроны с его поверхности начнут отделяться;
их отделение происходит за счет формирования термоэлектронной эмиссии;
освобожденные с поверхности электроны начинают препятствовать вылету других электронов. В следствии этого вокруг поверхности катода образуется облако электронов;
часть электронов этого облака, обладающие наименьшими скоростями, опускается обратно на поверхность катода;
в ситуации, когда задается определенная температура, облако электронов стабилизируется. Это означает, что с катода вылетает столько же электронов, сколько потом на него опускается;
при наличии нулевого напряжения, например, при ситуации короткого замыкания анода на катоде, в лампе начинает течь ток электронов по направлению от катода к аноду. В данной ситуации наиболее быстрые электроны способны преодолеть имеющуюся потенциальную яму, из-за чего они и притягиваются к аноду. Отсечка тока происходит в той ситуации, когда на анод подается отрицательное запирающее напряжение. Это напряжение должно иметь один вольт или ниже.
в ситуации подачи положительного напряжения на анод, в диоде формируется ускоряющее поле, которое способствует возрастанию на аноде тока. Когда ток на этом элементе достигает значений, которые близки в пределу эмиссии катода, происходит замедление роста тока и его стабилизация. Т.е. наблюдается эффект «насыщения».

Вот по такому принципу работают диоды вакуумного типа.

Важная характеристика диодного элемента – ВАХ

Все диоды, в не зависимости от того, вакуумные оны или нет, обладают таким параметром, как вольт амперная характеристика или сокращенно ВАХ.

ВАХ вакуумного диода

Чтобы разобраться, что же это за вольт амперная характеристика, рассмотрим график на примере происходящих в лампе процессов.
В самом начале, когда на аноде отсутствует напряжения, вокруг катода в следствие его нагрева формируется электронное облако. Когда на аноде возникает положительное небольшое напряжение, самые быстрые электроны, входящие в электронное облако катода, начинают устремляться к аноду. В результате можно регистрировать анодный ток небольшой величины. В ситуации, когда анодное напряжение будет продолжать увеличиваться, из электронного облака все большее число электронов будут перетекать к аноду в плоть до полного «рассасывания» катодного электронного облака. Это состояние соответствует точке В на графике, приведенном выше. Такое напряжение означает, что всех вылетающие из катода электроны будут немедленно притягиваться к аноду.
Обратите внимание! Дальнейшее нарастание анодного тока при сохранении величины накала не происходит. Чтобы добиться увеличение данного показателя необходимо использовать дополнительные электроны. А они здесь отсутствуют. Для этого увеличения показателя можно повысить накал катода, но такой способ не используется поскольку приводит к уменьшению срока службы катодного элемента.
Таким образом вся эмиссия катода при конкретной температуре накала будет исчерпана. В результате анод достиг ситуации «насыщения током».
Все эти процессы, поэтапно, отращены на вольт амперной характеристики, приведенной выше. Такой параметр, как вольт амперную характеристику в высшей точке, можно рассматривать как предел возможностей диода.
Как видим принцип работы изделия неотделим от ВАХ. При этом последняя является его отражением.

Где используются такие изделия

Применение электровакуумных ламп определяется их основными возможностями или свойствами, а именно способностью пропускать ток только в одном направлении. Это связано с тем, что в диоде движение электронов возможно только от катода к аноду. Иногда такое свойство диодных выпрямителей называется односторонней проводимостью. Благодаря такому свойству, вакуумные диоды применяются в качестве преобразователя постоянного тока в переменный (его выпрямления). Такие способности данного рода изделий обеспечили им обширное применение в радиоаппаратуре.

Обратите внимание! Использование диода вакуумного типа позволит решить проблему питания радиоаппаратуры от промышленной сети переменного тока.

Схема, по которой можно использовать диода в качестве выпрямителя для переменного тока, довольно проста.

Схема диода, работающего как выпрямитель

В данной ситуации между анодом и катодом следует включить источник переменного тока. Вверху графика отражено напряжение источника переменного тока. Здесь имеется периодическое его изменение с определенной частотой по типу синусоиды. С такой же чистотой меняется напряжение на аноде по отношению к катоду. Часть времени анод будет положительным (верхняя часть графика), а часть – отрицательным (нижняя часть графика).
При положительных полупериода на аноде будет положительное напряжение. В такой ситуации ток будет течь, а при противоположном значении полупериода – он будет отсутствовать. В результате получаться импульсы, равные по частоте переменному току.

Заключение

Зная особенности функционирования диодов вакуумного типа, можно максимально полно использовать их особенности в работе радиоэлектронных приборов. Помните, что каждый вид диодов имеет свои особенности и способен оптимально работать в определенных условиях. Учет всех параметров его работы, а также ВАХ, позволит выжать из изделия максимум без нарушения принципов его функционирования.