Электровакуумный диод


Электровакуумный диод

Электровакуумный диод — вакуумная двухэлектродная электронная лампа. Катод диода нагревается до температур, при которых возникает термоэлектронная эмиссия. При подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения все эмитированные катодом электроны возвращаются на катод, при подаче на анод положительного напряжения часть эмитированных электронов устремляется к аноду, формируя его ток. Таким образом, диод выпрямляет приложенное к нему напряжение. Это свойство диода используется для выпрямления переменного тока и детектирования сигналов высокой частоты. Практический частотный диапазон традиционного вакуумного диода ограничен частотами до 500 МГц. Дисковые диоды, интегрированные в волноводы, способны детектировать частоты до 10 ГГц[1].

Содержание

Устройство

Обозначение на схемах диода с катодом непрямого накала.

Электровакуумный диод представляет собой сосуд (баллон), в котором создан высокий вакуум. В баллоне размещены два электрода — катод и анод. Катод прямого накала представляет собой прямую или W-образную нить, разогреваемую током накала. Катод косвенного накала — длинный цилиндр или короб, внутри которых уложена электрически изолированная спираль подогревателя. Как правило, катод вложен внутрь цилиндрического или коробчатого анода, который в силовых диодах может иметь рёбра или «крылышки» для отвода тепла. Выводы катода, анода и подогревателя (в лампах косвенного накала) соединены с внешними выводами (ножками лампы).

Принцип работы

При разогреве катода электроны начнут покидать его поверхность за счёт термоэлектронной эмиссии. Покинувшие поверхность электроны будут препятствовать вылету других электронов, в результате вокруг катода образуется своего рода облако электронов. Часть электронов с наименьшими скоростями из облака падает обратно на катод. При заданной температуре катода облако стабилизируется: на катод падает столько же электронов, сколько из него вылетает.

Уже при нулевом напряжении анода относительно катода (например, при коротком замыкании анода на катод) в лампе течёт ток электронов из катода в анод: относительно быстрые электроны преодолевают потенциальную яму пространственного заряда и притягиваются к аноду. Отсечка тока наступает только тогда, когда на анод подано запирающее отрицательное напряжение порядка −1 В и ниже. При подаче на анод положительного напряжения в диоде возникает ускоряющее поле, ток анода возрастает. При достижении током анода значений, близких к пределу эмиссии катода, рост тока замедляется, а затем стабилизируется (насыщается).

ВАХ

Участки вольт-амперной характеристики диода

Вольт-амперная характеристика электровакуумного диода имеет 3 участка:

  1. Нелинейный участок. На начальном участке ВАХ ток медленно возрастает при увеличении напряжения на аноде, что объясняется противодействием полю анода объёмного отрицательного заряда электронного облака. По сравнению с током насыщения, анодный ток при U_a = 0 очень мал (и не показан на схеме). Его зависимость от напряжения растет экспоненциально, что обуславливается разбросом начальных скоростей электронов. Для полного прекращения анодного тока необходимо приложить некоторое анодное напряжение меньше нуля, называемое запирающим.
  2. Участок закона степени трёх вторых. Зависимость анодного тока от напряжения описывается  j=g \cdot U_a^{3 \over 2}, где первеанс g — постоянная, зависящая от конфигурации и размеров электродов. В простейшей модели первеанс не зависит от состава и температуры катода, в действительности первеанс растёт с ростом температуры из-за неравномерного его нагрева.
  3. 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 накала невозможно, поскольку для этого нужны дополнительные электроны, а их взять негде, так как вся эмиссия катода исчерпана. Установившейся в этом режиме анодный ток называется током насыщения. Этот участок описывается законом Ричардсона-Дешмана: j = AT^2 exp(-{e \varphi \over kT}), где A={4\pi mek^2 \over h^3}=120 {A \over {cm^2 K^2}} — универсальная термоэлектронная постоянная Зоммерфельда.

ВАХ анода зависит от напряжения накала — чем больше накал, тем больше крутизна ВАХ и тем больше ток насыщения. Чрезмерное увеличение напряжения накала приводит к уменьшению срока службы лампы.

Основные параметры

К основным параметрам электровакуумного диода относятся:

  • Крутизна ВАХ: S={dI_a \over dU_a} — изменение анодного тока в мА на 1 В изменения напряжения.
  • Дифференциальное сопротивление: R_i={1 \over S}
  • Максимально допустимое обратное напряжение. При некотором напряжении, приложенном в обратном направлении (то есть изменена полярность катода и анода), происходит пробой диода — проскакивает искра между катодом и анодом, что сопровождается резким возрастанием силы тока.
  • Запирающее напряжение — напряжение, необходимое для прекращения тока в диоде.
  • Максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Крутизна и внутреннее сопротивление являются функциями от анодного напряжения и температуры катода.

Если температура катода постоянна, то в пределах участка «трех вторых» крутизна равна первой производной от функции «трех-вторых».

Маркировка приборов

Электровакуумные диоды маркируются по такому принципу, как и остальные лампы:

  1. Первое число обозначает напряжение накала, округлённое до целого.
  2. Второй символ обозначает тип электровакуумного прибора. Для диодов:
    • Д — одинарный диод.
    • Ц — кенотрон (выпрямительный диод)
    • X — двойной диод, то есть содержащий два диода в одном корпусе с общим накалом.
      • МХ — механотрон-двойной диод
      • МУХ — механотрон-двойной диод для измерения углов
  3. Следующее число — это порядковый номер разработки прибора.
  4. И последний символ — конструктивное выполнение прибора:
    • С — стеклянный баллон диаметром более 24 мм без цоколя либо с октальным (восьмиштырьковым) пластмассовым цоколем с ключом.
    • П — пальчиковые лампы (стеклянный баллон диаметром 19 или 22,5 мм с жёсткими штыревыми выводами без цоколя).
    • Б — миниатюрная серия с гибкими выводами и с диаметром корпуса менее 10 мм.
    • А — миниатюрная серия с гибкими выводами и с диаметром корпуса менее 6 мм.
    • К — серия ламп в керамическом корпусе.

Если четвертый элемент отсутствует, то это говорит о присутствии металлического корпуса!

Сравнение с полупроводниковыми диодами

По сравнению с полупроводниковыми диодами в электровакуумных диодах отсутствует обратный ток, и они выдерживают более высокие напряжения. Способны кратковременно выдерживать большие перегрузки (полупроводниковые «выгорают» сразу[источник не указан 1008 дней]). Стойки к ионизирующим излучениям. Однако они обладают гораздо большими размерами и меньшим КПД.

Примечания

  1. Батушев, В. А. Электронные приборы. — М.: Высшая школа, 1969. — С. 52. — 608 с. — 90,000 экз.

Литература

  1. Клейнер Э. Ю. Основы теории электронных ламп. — М., 1974.
  2. Электронные приборы: Учебник для вузов/В. Н. Дулин, Н. А. Аваев, В. П. Демин и др.; Под ред. Г. Г. Шишкина. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 496 с.
  3. Физический энциклопедический словарь. Том 5, М. 1966, «Советская энциклопедия»



Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Электровакуумный диод" в других словарях:

  • электровакуумный диод — Электронно управляемая лампа, имеющая только анод и катод. [ГОСТ 13820 77] Тематики электровакуумные приборы EN diode FR diode …   Справочник технического переводчика

  • Электровакуумный диод —         двухэлектродная Электронная лампа, разновидность Диода. Используется главным образом в качестве Кенотрона. Характеризуется отсутствием обратного тока и выдерживает более высокие обратные напряжения, чем газоразрядные и полупроводниковые… …   Большая советская энциклопедия

  • Диод (электронная лампа) — Электровакуумный диод электронная лампа с двумя электродами (катод и анод). Разновидность диода. Используется в детекторах (амплитудных или частотных) и в выпрямителях. Высоковольтная разновидность кенотрон. Содержание 1 История 2 Устройство 3 …   Википедия

  • Диод (значения) — Диод: ОАО «Диод»  российская фармацевтическая компания, второй по величине российский производитель биологически активных добавок. Полупроводниковые и электровакуумные приборы Диод Электровакуумный диод Диод Ганна Диод Зенера Диод Шоттки… …   Википедия

  • Диод — У этого термина существуют и другие значения, см. Диод (значения). Четыре диода и диодный мост. Диод (от др. греч …   Википедия

  • Электровакуумный триод — Схема простейшего вакуумного триода с катодом прямого накала Схемное обозначение вакуумного триода с катодом косвенного накала Электровакуумный триод, или просто триод,  электронная лампа, имеющая 3 электрода: термоэлектронный катод (прямого или… …   Википедия

  • Диод Шоттки — У этого термина существуют и другие значения, см. Диод (значения). Условное обозначение диода Шоттки НЕ по ГОСТ 2 …   Википедия

  • Диод —         [от Ди... и (электр)од (См. Электрод)], двухэлектродный электровакуумный, ионный (газоразрядный) или полупроводниковый прибор с односторонней проводимостью электрического тока. Электровакуумные и ионные Д. имеют электроды: Катод (источник …   Большая советская энциклопедия

  • ДИОД — [от греч. di приставка, означающая дважды, двойной, и (электр)од] двухэлектродный электровакуумный, газоразрядный или ПП прибор с односторонней электрич. проводимостью. Осн. разновидности Д.: кенотрон (электровакуумный диод), газотрон и… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • Диод Ганна — У этого термина существуют и другие значения, см. Диод (значения). Вольт амперная характеристика диода Ганна Диод Ганна (изобретён Джоном Ганном в 1963 году)  тип …   Википедия


We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.