Dioda electrovacuum

O diodă electrovacuum este o lampă electronică cu doi electrozi în vid . Catodul diodei este încălzit la temperaturi la care are loc emisia termoionică . Când se aplică anodului o tensiune negativă în raport cu catodul , toți electronii emiși de catod revin la catod, când o tensiune pozitivă este aplicată anodului, o parte din electronii emiși se năpustesc către anod, formând curentul acestuia . Astfel, dioda redresează tensiunea aplicată acesteia. Această proprietate a diodei este utilizată pentru rectificarea și detectarea AC semnale de înaltă frecvență. Gama practică de frecvență a unei diode în vid tradiționale este limitată la frecvențe de până la 500 MHz. Diodele disc integrate în ghidurile de undă sunt capabile să detecteze frecvențe de până la 10 GHz [1] .

Dispozitiv

O diodă electrovacuum este un vas (cilindru) în care se creează un vid înalt . Balonul contine doi electrozi - catod si anod . Un catod cu filament direct este un filament drept sau în formă de W încălzit de un curent de filament. Un catod încălzit indirect este un cilindru lung sau cutie, în interiorul căruia este așezată o bobină de încălzire izolată electric. De regulă, catodul este cuibărit în interiorul unui anod cilindric sau în formă de cutie, care în diodele de putere poate avea nervuri sau „aripi” pentru a elimina căldura. Terminalele catodului, anodului și încălzitorului (în lămpile cu incandescență indirectă) sunt conectate la bornele externe (picioarele lămpii).

Cum funcționează

Când catodul este încălzit , electronii vor începe să părăsească suprafața sa din cauza emisiei termoionice . Pe măsură ce electronii părăsesc suprafața catodului și se acumulează în atmosfera acestuia, apare o regiune de sarcină negativă. În acest caz, în aceeași proporție, suprafața începe să fie încărcată pozitiv. Ca rezultat, fiecare electron ulterior va avea nevoie de mai multă energie pentru a părăsi atomul, iar electronii înșiși vor fi ținuți de o suprafață încărcată pozitiv într-o anumită regiune cu volum limitat deasupra catodului. Ca urmare, în jurul catodului se formează un fel de nor de electroni. Unii dintre electronii cu cele mai mici viteze din nor cad înapoi pe catod. La o anumită temperatură a catodului, norul se stabilizează: același număr de electroni cad pe catod pe măsură ce zboară din el.

Deja la tensiunea zero a anodului față de catod (de exemplu, când anodul este scurtcircuitat la catod), un curent de electroni curge de la catod la anodul din lampă: electronii relativ rapidi depășesc bine potențialul de încărcare a spațiului. și sunt atrași de anod. Întreruperea curentului are loc numai atunci când la anod este aplicată o tensiune negativă de blocare de ordinul -1 V și mai mică. Când anodului i se aplică o tensiune pozitivă, în diodă apare un câmp de accelerare, iar curentul anodului crește. Când curentul anodului atinge valori apropiate de limita de emisie a catodului, creșterea curentului încetinește și apoi se stabilizează (se saturează).

Caracteristica volt-amper

Caracteristica curent-tensiune (CVC) a unei diode electrovacuum are 3 secțiuni caracteristice:

1. Secțiune neliniară . În secțiunea inițială a CVC, curentul crește lent odată cu creșterea tensiunii la anod, ceea ce se explică prin opoziția la câmpul anodic a sarcinii negative de volum a norului de electroni. În comparație cu curentul de saturație, curentul anodului la este foarte mic (și nu este prezentat în diagramă). Dependența sa de tensiune crește exponențial, ceea ce este cauzat de răspândirea vitezelor inițiale ale electronilor. Pentru a opri complet curentul anodic, este necesar să se aplice o tensiune anodică mai mică decât zero, numită blocare . $U_a = 0$

2. Trama legii gradului de trei secunde . Dependența curentului anodului de tensiune este descrisă de puterea a trei a doua lege:

j=g \cdot U_a^{3/ 2},

unde g este o constantă în funcție de configurația și dimensiunile electrozilor ( perveanța ). În cel mai simplu model, pervența nu depinde de compoziția și temperatura catodului; de fapt, crește odată cu creșterea temperaturii din cauza încălzirii neuniforme a catodului.

3. Zona de saturație . Odată cu o creștere suplimentară a tensiunii la anod, creșterea curentului încetinește și apoi se oprește complet, deoarece toți electronii emiși de la catod ajung la anod. O creștere suplimentară a curentului anodului la o anumită valoare de încălzire este imposibilă, deoarece sunt necesari electroni suplimentari pentru aceasta și nu există unde să îi luați, deoarece toată emisia catodului a fost epuizată. Curentul anod în stare staționară se numește curent de saturație . Această secțiune este descrisă de legea Richardson-Deshman :

j = AT^2 \exp \left( -{e \varphi \over kT} \right),

unde este constanta Sommerfeld termoionică universală. $A={4\pi mek^2 \over h^3}=120 {\text{A} \over {\text{cm}^2 \text{K}^2))$

Caracteristica I–V a anodului depinde de tensiunea filamentului - cu cât este mai mare incandescența, cu atât este mai mare panta caracteristicii I–V și cu atât este mai mare curentul de saturație. Creșterea prea mare a tensiunii filamentului va scurta durata de viață a lămpii.

Parametrii de bază

Principalii parametri ai diodei electrovacuum includ:

Panta CVC: - modificarea curentului anodic în mA la 1 V modificare a tensiunii. $S={dI_a\over dU_a}$
Rezistenta diferentiala: $R_i={1 \over S}$
Curent de saturație.
Tensiune de blocare - o tensiune negativă la anod față de catod, necesară pentru a opri curentul din diodă.
Tensiunea inversă maximă admisă. La o anumită tensiune aplicată în direcția opusă , are loc o defecțiune a diodei - o scânteie sare între catod și anod, care este însoțită de o creștere bruscă a puterii curentului.
Puterea disipată maximă admisă .

Panta și rezistența internă sunt funcții ale tensiunii anodului și ale temperaturii catodului.

Dacă temperatura catodului este constantă, atunci în secțiunea „trei secunde”, abruptul este egal cu prima derivată a funcției „trei secunde”.

Marcarea dispozitivelor

Diodele electrovacuum sunt marcate după același principiu ca și alte lămpi:

Primul număr este tensiunea filamentului, rotunjită la cel mai apropiat număr întreg.
Al doilea caracter indică tipul dispozitivului de electrovacuum. Pentru diode:
- D - o singură diodă.
- C - kenotron (dioda redresoare)
- X - o diodă dublă, adică care conține două diode într-o singură carcasă cu o căldură comună.
  - MX - mecanotron - diodă dublă
  - MUH - mecanotron-diodă dublă pentru măsurarea unghiurilor
Următorul număr este numărul de serie al dezvoltării dispozitivului.
Și ultimul simbol este designul dispozitivului:
- C - un recipient de sticlă cu un diametru mai mare de 24 mm fără bază sau cu o bază de plastic octal (opt pini) cu o cheie.
- P - lămpi de degete (sticlă cu diametrul de 19 sau 22,5 mm cu știfturi rigide fără bază).
- B - o serie miniaturală cu cabluri flexibile și cu un diametru al carcasei mai mic de 10 mm.
- A - serie miniaturală cu pigtails și cu diametrul carcasei mai mic de 6 mm.
- K - o serie de lămpi într-o carcasă ceramică.

Dacă al patrulea element lipsește, atunci aceasta indică prezența unei carcase metalice!

Comparație cu diodele semiconductoare

În comparație cu diodele semiconductoare , diodele electrovacuum nu au curent invers și pot rezista la tensiuni mai mari . Rezistent la radiațiile ionizante. Cu toate acestea, ele sunt mult mai mari și mai puțin eficiente .

Note

↑ Batushev, V. A. Electronic devices. - M . : Şcoala superioară, 1969. - S. 52. - 608 p. — 90.000 de exemplare.

Literatură

Kleiner E. Yu. Fundamentele teoriei tuburilor electronice. - M., 1974.
Dispozitive electronice: Manual pentru licee/V. N. Dulin, N. A. Avaev, V. P. Demin și alții; Ed. G. G. Şişkin. — M.: Energoatomizdat, 1989. — 496 p.
Dicţionar enciclopedic fizic. Volumul 5, M. 1966, „Enciclopedia Sovietică”

Dispozitive electronice de vid (cu excepția fasciculului catodic )
Lămpi generatoare și amplificatoare	Triodă tetrodă tetroda fasciculului Pentodă hexod heptode Pentodă Octod Nonod Magnetron Amplitron Platinotron Virkator Clistron Lampă cu val de călătorie Lampă cu undă inversă Gyrotron
Alte	Dioda electrovacuum Kenotron tub cu raze X Indicator fluorescent în vid Ochi magic Fotocelula de vid tub intensificator de imagine Fotomultiplicator Multiplicator secundar de electroni Selectron mechatron
Tipuri de performanță	Octal Deget tijă Nuvistor ghindă Mayachkovaya Metal-ceramic Combinate
Elemente structurale	Anod Catod strălucire directă Strălucire indirectă emisie de câmp Fotocatod Dinod Încălzitor Grilă administrator Antidinatron Ecranarea catodic Getter soclu