Что такое анодное напряжение
Электронными лампами называются электронно-вакуумные приборы, работа которых основана на взаимодействии потока электронов с электрическим полем в вакууме при давления порядка мм рт. ст.
Рис. 1.4 [Устройство диода
и его условное обозначение]
Работа катода основана на явлении термоэлектронной эмиссии, то есть испускании электронов из нагретого до определенной температуры металла. При этом электроны, покинувшие металл, обладают разной кинетической энергией. Различно и число электронов, имеющих ту или иную энергию.
Характер движения электронов в междуэлектродном пространстве диода определяется структурой электрического поля и, следовательно, распределением потенциала в нем.
На риc.1.5 показаны три возможных случая такого распределения.
Рис. 1.5 [Структура электрического пола в диоде
— анодное напряжение,
— анодное ток,
— напряжение накала катода,
— ток накала,
— ток эмиссии катода,
— напряженность электрического поля,
— электрон с большой и малой энергиями соотвественно]
Анодный ток в лампе обусловлен движением электронов от катода к аноду.
Между катодом и анодом возможно возникновение потенциального барьера ( ), создаваемого пространственным отрицательным зарядом, которым обладает электронный поток лампы.
В качестве примера рассмотрим анодную характеристику диода (рис.1.6).
Рис. 1.6 [Анодная характеристика диода]
Накальная характеристика диода выглядит аналогично.
Что такое анод и катод: объясняю простыми словами
Для корректной работы полупроводниковых приборов, работающих в цепях с постоянным током, электроды радиоэлементов необходимо подключать с учетом их полярности. Неправильное подключение может привести к выходу из строя радиоэлемента либо к отказу в работе электронного прибора. С целью избегания ошибок электроды таких деталей получили специальное название – анод и катод.
Часто эти электроды обозначаются на схемах соответствующими символами «+» или «–», либо определяются по схематическому изображению радиоэлемента. На корпусах деталей иногда проставляется точка или другая метка, позволяющая определить направление тока на конкретном электроде. Иногда полярность выводов приходится определять по специальным таблицам или с помощью измерительного прибора.
Понятие анода и катода
Для лучшего понимания терминов дадим определения этих понятий.
Под данным термином будем подразумевать электрод, по которому электрический ток втекает в разглядываемый прибор. При этом подразумевается, что электрический ток образуется потоком положительных зарядов. В действительности, по металлическим проводникам перемещаются электроны (носители отрицательных зарядов), которые движутся в сторону положительного полюса источника электрического тока.
Проще говоря, положительным электродом будем считать анод, а отрицательным электродом – катод. При подключении радиоэлементов следует соблюдать их полярность, руководствуясь обозначениями на схемах.
Катод
Это электрод, по которому электрический ток вытекает с прибора (подразумевается конвенциальное понимание тока, в виде потока положительных зарядов). Таким образом, если к аноду подключается провод с положительным потенциалом, то к катоду – клеммы с отрицательными потенциалами.
Вышеуказанные термины применяются по отношению к гальваническим элементам. В гальванике анод – это электрод, на поверхности которого проходит реакция окисления металла. Названия электродов встречаются:
При монтаже радиодеталей очень важно не перепутать электроды. Для этого необходимо знать, как определить их назначение.
Как определить, где анод, а где катод?
При определении катода и анода необходимо в первую очередь ориентироваться на направление тока, а не на полярность источника питания. Несмотря на то, что эти понятия тесно связаны с полярностью тока, они больше обусловлены направлениями векторов электричества.
Например, в аккумуляторах, при перезарядке, происходит изменение ролей катода и анода. Это связано с тем, что во время зарядки изменяется направление электрического тока. Электрод, выполнявший роль электрода при работе аккумулятора в режиме источника питания во время зарядки выполняет функции катода и наоборот – катод превращается в анод.
На рис. 1, изображено процесс электролиза, при котором происходит перемещение анионов (отрицательных ионов) и катионов (положительных ионов). Анионы устремляются к аноду, а положительные катионы – в сторону катода.
При электролизе перемещаются носители зарядов разных знаков, однако, по определению, анодом является тот электрод, в который втекает ток. На рисунке анод подсоединён к положительному полюсу источника тока, а значит, ток условно втекает в этот электрод.
Обратите внимание на рисунок 2, где изображена схема гальванического элемента.
Рис. 2. Гальванический элемент
Плюсовой вывод источника тока является катодом, а не анодом, как можно было бы ожидать. При внимательном изучении принципа работы гальванического элемента можно понять, почему анод является отрицательным полюсом.
Обратите внимание на рисунок строения гальванического источника тока. Стрелки (вверху) указывают направление движения электронов, однако направлением тока условно принято считать перемещение от плюса к минусу. То есть, при замыкании цепи, ток входит именно в отрицательный полюс, который и является анодом, на котором происходит реакция окисления. Иначе говоря, ток от положительного электрода через нагрузку попадает на анод, являющийся отрицательным полюсом гальванического элемента. При вдумчивом подходе все стает на свои места.
При определении позиций анода и катода в радиоэлектронных элементах пользуются справочными материалами.
На назначение электродов указывает:
Определение назначений выводов у полупроводниковых диодов можно определить с помощью измерительных приборов. Например, все типы диодов (кроме стабилитронов) проводят ток только в одном направлении. Если вы подключили тестер или омметр к диоду, и он показал незначительное сопротивление, то к положительному щупу прибора подключен анод, а к отрицательному – катод.
Если известен тип проводимости транзистора, то с помощью того же тестера можно определить выводы эмиттера и коллектора. Между ними сопротивление бесконечно велико (тока нет), а между базой и каждым из них проводимость будет (только в одну сторону, как у диода). Зная тип проводимости, по аналогии с диодом, можно определить: где анод, а где катод, а значит определить выводы коллектора или эмиттера (см. рис. 5).
Рис. 5. Транзистор на схемах и его электроды
Что касается вакуумных диодов, то их невозможно проверить путем измерения обычными приборами. Поэтому их выводы расположены таким образом, чтобы исключить ошибки при подключении. В электронных лампах выводы точно совпадают с расположением контактов гнезда, предназначенного для этого радиоэлемента.
Анод и катод: где плюс, а где минус?
Из сказанного выше следует, что ток всегда течет в направлении от анода к катоду. Вывод один – на анод поступает плюс, а катод подсоединяется к минусу. Придерживаясь этого правила можно безошибочно определить, где плюс, а где минус.
Вот так можно запомнить:)
В гальванотехнике на катоде происходит реакция восстановления. То есть положительные ионы из раствора оседают на катоде. По этому признаку определяем знак минус.
Как определить катод и анод радиодеталей мы рассмотрели выше. Если есть схема устройства то по ней довольно легко можно указать направление тока, и, соответственно, назначение электродов. При отсутствии схемы пользуйтесь признаками и метками на корпусах деталей.
Примечание: по отношению к стабилитрону некорректно применять термин катод и анод, так как он проводит ток в разных направлениях.
Отдельно заострю ваше внимание на элементах питания. Обычно «+» указывается на гальванических устройствах, а на аккумуляторах часто маркируются обе клеммы. В аккумуляторах автомобильного типа плюсовую клемму делают толще. По этому признаку также можно определить полярность полюсов.
В качестве выводов см. рисунок 6.
Цифрами обозначено:
Применение
Электроды в качестве анода и катода наиболее часто применяются:
Рассмотрим в общих чертах сферы применения анодов и катодов.
В электрохимии
В данной сфере анод и катод являются ключевыми понятиями, в процессе прохождения электрохимических реакций, используемых в основном для восстановления металлов. Такие реакции называют электролизом. Использование процессов электролиза позволяет получать чистые металлы, так как на катоде образуются атомы только того металла, положительные ионы которого содержатся в растворе электролита.
Методом электролиза наносят очень тонкое цинковое покрытие стальных листов и деталей любой конфигурации. Гальваническое покрытие эффективно защищает металл от коррозии.
В вакуумных электронных приборах
Примером вакуумных приборов служат радиоэлектронные лампы, электронно-лучевые трубки, кинескопы телевизоров. Они работают по одному и тому же принципу: Разогретый катод испускает электроны, которые устремляются к аноду с высоким положительным электрическим потенциалом.
Образование электронов на раскаленном электроде называется термоэмиссией, а электрический ток, возникающий между катодом и анодом, называется термоэмиссионным. Ценность таких приборов в том, что они проводят ток только в одном направлении – от катода к аноду.
Добавление сетки между электродами позволяет регулировать параметры тока в широких пределах, путем изменения напряжения на сетке. Такие вакуумные лампы используются в качестве усилителей сигналов. В данное время вакуумные приборы используются довольно редко, так как их с успехом заменяют миниатюрные полупроводниковые диоды и транзисторы, часто выполненные на монокристалле в виде микросхемы.
В полупроводниковых приборах
Электронные детали на основе полупроводников ценятся малым потреблением тока и небольшими размерами. Они почти вытеснили вакуумные лампы из употребления. Выводы полупроводниковых приборов традиционно называют анодами и катодами.
При всех плюсах полупроводников, у этих приборов есть недостаток – они «шумят». В усилителях большой мощности эти шумы становятся заметными. В качественной усилительной аппаратуре по-прежнему применяются вакуумные лампы.
Электронно-лучевые кинескопы в современных телевизорах вытесняются экранами с LED подсветкой. Они более экономичны, отлично передают цветовую палитру, позволяют сделать приемник почти плоским.
Тема: Анодное напряжение и ток покоя
Опции темы
Нет и не может быть однозначного ответа. Это зависит от сопротивления нагрузки.
Но конечно, как упомянуто выше, и от нагрузки сильно зависит.
Вот мне кажется, если меньше напряжение и больше ток покоя, то звук должен быть сочнее, хотя и мощи поменьше. Решил эту теорию разузнать у местных знатоков.
Лампа всегда лучше звучит на пределе своих возможностей по току. Т.е. выбираете ли Вы более высокое анодное напряжение или более низкое, в любом случае ток должен быть максимально возможным (по соображениям допустимой мощности рассеивания). Причина проста: чем ближе ток анода в рабочей точке к области осечки, тем хуже линейность лампы.
Другое дело, что есть относительно низкоомные лампы (та же 6С33С) со сравнительно низким рабочим анодным напряжением и высоковольтные лампы со сравнительно высоким внутренним сопротивлением (та же ГМ70).
Что такое анодное напряжение
Для снижения напряжения сети до 6,3 В, необходимого для питания нитей накала электронных ламп, используют трансформатор. Его первичная обмотка может иметь несколько выводов для включения в электрическую сеть с различным напряжением (рис. 102).
Как ты видишь, проблема питания нитей накала решается очень просто. Не так просто решить проблему анодного напряжения, так как здесь требуется не только повысить напряжение, но и сделав ею постоянным.
Рис. 102. Трансформатор, преобразующий напряжение сети 220, 127 или 110 В в напряжение накала 6,3 В.
Рис. 103. Однополупериодная схема выпрямления высокого напряжения.
Рис. 104. Полупериоды напряжения, проходящего через диод, показаны сплошной линией. Пунктиром обозначены задерживаемые и поэтому не используемые полупериоды напряжения.
Рис. 105. Благодаря использованию двух диодов выпрямляются оба полупериода напряжения, которое поступает в приемник в одном направлении.
Для получения высокого напряжения применяют трансформатор. И я попутно обращаю твое внимание, что для всех видов питания используют только один трансформатор, имеющий несколько вторичных обмоток. Одна из них дает 6,3 В для нитей накала ламп, о чем мы только что говорили. С помощью другой получают высокое напряжение, которое еще предстоит преобразовать в постоянное. Для этой цели ток надлежит выпрямить. Ты уже знаешь устройство, выполняющее такую задачу. Это диод.
Посмотри на схему, на которой я стрелками показал направление электронного тока, выпрямленного диодом (рис. 103). Ты видишь, что таким образом пропускают один полупериод из двух (рис. 104). Полученное таким образом однонаправленное пульсирующее высокое напряжение довольно трудно выровнять. Вот почему желательно выпрямлять оба полупериода напряжения. Как это осуществить?
Я нарисовал тебе схему с двумя выпрямителями. В один из полупериодов ток проходит через один из этих выпрямителей, а во второй полупериод — через другой (рис. 105).
В действительности трансформатор будет сложнее, так как он должен иметь еще две вторичные обмотки: одну — для подогрева нитей накала ламп приемника, другую — для накаливания катода двойного выпрямительного диода.
Обрати внимание на то, что здесь используется двойной диод прямого накала — сама нить накала служит катодом (рис. 107). В этом случае положительный полюс высокого напряжения получается на отводе от средней точки обмотки, служащей для накала выпрямительного диода.
Что такое анодное напряжение
Каким же образом получаются в электронной лампе свободные электроны и под действием каких сил они движутся?
Источником свободных электронов в лампе является один из ее электродов, называемый катодом; в простейшем случае катод представляет собой тонкую металлическую проволоку. В металле имеется много слабо связанных с атомами электронов, которые находятся в постоянном хаотическом движении. Однако при обычных температурах скорость электронов, а значит и их кинетическая энергия, недостаточны для преодоления сил, препятствующих их вылету из металла во внешнее пространство.
При нагревании металла скорость хаотического движения электронов увеличивается и при известной температуре, вполне определенной для каждого металла, она становится достаточной для преодоления силы притяжения положительно заряженного ядра и электроны получают возможность покидать поверхность металла. Поскольку не все электроны имеют одинаковые скорости, при каждой температуре только некоторая часть электронов разгоняется до скорости, достаточной для вылета. Чем выше температура металла, тем большее количество электронов способно покинуть его поверхность. Чтобы начался вылет электронов в заметных количествах, чистые металлы необходимо нагревать примерно до 2000° К (рис. 1)
Явление испускания электронов раскаленными металлами называется термоэлектронной эмиссией. Величина ее характеризуется током эмиссии Ie, который зависит от числа электронов, вылетающих с поверхности катода в течение одной секунды. Это явление используется в работе электронных ламп, ионных приборов (газотроны и тиратроны) и электронно-лучевых трубок.
Катоды.
Качество любого катода определяется следующими его параметрами: эффективностью, удельной эмиссией и долговечностью.
Эффективностью катода Н называется отношение полного тока эмиссии Ie к мощности, расходуемой на накал катода Рн:
Удельной эмиссией катода называется электронная эмиссия с 1 см2 поверхности. Измеряется она в A/см2 и мА/см2.
Долговечность (срок службы) катода t определяется временем его работы, в течение которого эмиссионный ток обеспечивает нормальное действие лампы. Гарантированный заводом срок службы различных приборов колеблется в пределах от 500-2000 до нескольких десятков тысяч часов.
Все перечисленные параметры катода имеют резкую зависимость от температуры его поверхности. Зависимость эффективности и долговечности катода (вольфрамового) от температуры показана на рис. 2.
Применяющиеся в настоящее время катоды можно разделить на три группы.
Ко второй группе относятся активированные металлические катоды (торированные, карбидированные). Торированные катоды работают при меньшей температуре (1700-1900°К) и обладают значительно большей эффективностью (25-40 мА/Вт) чем вольфрамовые.
Более современным, чем торированный является карбидированный катод. Рабочая температура карбидированных катодов 1950-2000° К, а эффективность их достигает 50-70 мА/Вт.
Наиболее совершенными в настоящее время считаются катоды третьей группы, в которую входят оксидные и бариевые катоды.
Высокой эффективностью (70-120 мА/Вт), обладает и бариевый катод, причем рабочая температура его не превышает 750-900° К. Однако, он очень чувствителен к ионной бомбардировке, и поэтому не может работать в лампах с высоким анодным напряжением.
Конструкции катодов.
Катоды, у которых нить накала является источником тока эмиссии, называются катодами прямого накала. Конструктивное выполнение таких катодов показано на рис. 3
Оксидные катоды прямого накала бывают проволочные (рис. 4) :
реже ленточные (рис. 5) :
Недостатком катодов прямого накала является то, что их нельзя питать переменным током, так как это приводит к появлению фона. Дело в том, что при питании катода прямого накала переменным током разность потенциалов между катодом и анодом изменяется с частотой сети, что приводит к пульсации тока эмиссии, то есть к появлению фона. Кроме того, при прохождении по катоду переменного тока вследствие его малой тепловой инерции, температура катода будет меняться с частотой в два раза большей частоты тока, что также приведет к пульсации тока эмиссии.
По этим причинам наибольшее распространение в электровакуумной технике получили катоды косвенного накала или подогревные. Такие катоды можно питать переменным током. Так как по подогревному катоду непосредственно не проходит ток, то его потенциал относительно анода будет постоянен. Кроме того, вследствие большого (1-2 мм) диаметра тепловая инерция катода велика, а поэтому и температура катода также будет постоянна. К достоинствам подогревного катода относится значительная эмиссия при небольшой длине и большая жесткость. Однако в сравнении с катодами прямого накала, подогревные катоды из того же материала менее эффективны и из-за значительной тепловой инерции таких катодов лампа начинает работать через 1-2 мин. после включения.
Подогревные катоды могут быть выполнены в виде тонкой трубочки 1, внутри которой проходит нить накала 2. Сверху на трубочку надет никелевый цилиндр 3, поверхность его покрыта слоем оксида 4 (рис. 6)
Распространена и другая конструкция подогревного катода, в которой нить накала 1 навита на изоляционный стержень 2 в виде спирали (рис. 7) :
Аноды.
Другим электродом, имеющимся в лампе любого назначения и типа, является анод. Анод находится под положительным (относительно катода) потенциалом, благодаря чему в лампе создается электрическое поле, под действием которого электроны, испускаемые катодом, попадают на анод. В работающей лампе анод разогревается до красного, а при неправильном режиме и до белого каления. Поэтому аноды изготавливают из таких тугоплавких металлов, как никель, молибден, тантал. Для этой же цели в некоторых типах ламп используют черненые аноды, так как они лучше рассеивают тепло.
Двухэлектродная лампа (диод).
Двухэлектродная лампа или диод является простейшей по своему устройству. Она представляет собой стеклянный или металлический баллон, в котором находятся два электрода:катод и анод.
Источником электронной эмиссии является- накаленный катод, размещенный внутри цилиндрического или плоского анода (рис. 8 )
Условные обозначения диодов с катодом прямого и косвенного накала показаны на рис. 9
Принцип действия диода основан на законе движения зарядов в электрическом поле, согласно которому электрон движется против направления линий электрического поля (к положительно заряженному электроду). Если на анод диода подать положительное (по отношению к катоду) напряжение, то внутри лампы возникнет электрическое поле, под действием которого электроны, вылетевшие с поверхности катода, будут двигаться к аноду. В цепи анода появится ток, называемый анодным током Ia. Анодный ток в двухэлектродной лампе зависит от количества электронов, излучаемых катодом в единицу времени, и от разности потенциалов между анодом и катодом.
Рассмотрим распределение потенциала в пространстве между анодом и катодом. Для упрощения будем считать, что оба электрода представляют собой две параллельные бесконечные плоскости, расположенные на расстоянии ra друг от друга. Потенциал всех точек пространства между электродами определяется относительно катода, потенциал которого принимается равным нулю. Далее предположим, что на аноде имеется некоторое положительное напряжение Uа (рис. 10, а)
Если в междуэлектродном пространстве нет электронов (эмиссия катода отсутствует), то потенциал равномерно повышается от катода к аноду (кривая 1). Когда между электродами движется поток электронов в пространстве между катодом и анодом возникает пространственный (объемный) заряд, который уменьшает потенциал на всем расстоянии между электродами. Если при этом потенциал во всех точках пространства остается положительным (кривая 2), то ток, проходящий через лампу, называется током насыщения, а соответствующее ему напряжение Uа, напряжением насыщения.
Электрическое поле между катодом и анодом для этого случая показано на рис. 10, б. В таком случае все испускаемые катодом электроны попадают на анод.
Если анодное напряжение меньше напряжения насыщения, то не все электроны смогут преодолеть отталкивающее действие сил самого электронного потока, и часть электронов падает на катод. В результате около катода образуется отрицательный пространственный заряд большой плотности. На некотором расстоянии гу от катода плотность заряда наибольшая (рис. 11, а)
Такое распределение потенциала приводит к образованию на участке г^ тормозящего электрического поля (рис. 11, б). На анод попадают только/те электроны, которые могут преодолеть тормозящее действие этого поля.
Если, не изменяя величину анодного напряжения, увеличить напряжение накала (UH2 > UH1) скорость и количество электронов, вылетающих из катода, возрастут, и минимум потенциала переместится в направлении к аноду (рис. 12)
а величина анодного тока уменьшится.
Если же увеличить анодное напряжение Ua2 > Ua1 оставив напряжение накала неизменным, то минимум потенциала переместится ближе к поверхности катода (рис. 13)
а анодный ток возрастет.
Характеристики диода имеют большое практическое значение. По ним можно судить о качестве лампы, о пригодности ее для работы в различных режимах, сравнивать различные типы ламп и выбирать отвечающую определенным требованиям лампу.
Обе характеристики можно получить экспериментальным путем с помощью схемы, приведенной на рис. 14
При небольшом напряжении накала результирующее поле у поверхности катода ускоряющее, поэтому электроны, вылетевшие из катода, будут попадать на анод, то есть анодный ток в этом случае равен току эмиссии катода. Такой режим называется режимом насыщения. В этом режиме с ростом напряжения накала растет величина анодного тока (рис. 15).
Однако при некотором значении напряжения накала Uн=Uн1 сила анодного поля у поверхности катода становится меньше силы пространственного заряда, созданного электронами, вылетающими из катода. В этом случае поле у катода становится тормозящим и часть электронов возвращается на катод. С ростом напряжения накала усиливается тормозящее поле у катода и все большее число электронов возвращается на катод. Рост анодного тока прекращается. Этот режим называется режимом пространственного заряда.
Но, если увеличить анодное напряжение, то переход в режим пространственного заряда произойдет при большем напряжении накала и чем больше напряжение анода, тем позже произойдет этот переход (рис. 15).
Рассмотренные эмиссионные характеристики показывают, что при изменении напряжения накала, анодный ток возрастает до определенной предельной величины для данного анодного напряжения и дальнейшее увеличение напряжения накала почти не влияет на анодный ток.
Двухэлектродные лампы эксплуатируются при постоянном напряжении накала, поэтому на практике приходится пользоваться анодными характеристиками (рис. 16) :
Так как температура катода постоянна, то постоянно и число электронов, вылетающих из катода, а они определяют величину пространственного заряда. При небольшом значении анодного напряжения Ua ток Ia незначителен, так как у поверхности катода поле тормозящее и из катода будут вылетать только наиболее быстрые электроны. С ростом анодного напряжения тормозящее действие поля у катода уменьшается, а анодный ток возрастает. Этот режим называется режимом пространственного заряда (рис. 16).
При некотором значении анодного напряжения Ua действие анодного поля становится равным, а затем и преобладает над полем пространственного заряда. В результате дальнейший рост анодного тока прекращается, так как все электроны, испускаемые катодом, идут к аноду, и наступает режим насыщения.
При увеличении напряжения накала переход в область насыщения происходит при большем анодном напряжении Ua (рис. 16)
Имея семейство эмиссионных характеристик, можно построить семейство анодных характеристик и наоборот. Прием перестройки характеристик поясняется рис. 17.
Зависимость анодного тока от анодого напряжения может быть определена по приближенной теоретической формуле
Эта формула носит название “закона трех вторых”. Как видно из формулы, пространственный заряд при увеличении анодного напряжения уменьшается, обеспечивая рост анодного тока по “закону трех вторых”’. Коэффициент k зависит от конструкции лампы.
Из-за действия некоторых факторов реальные характеристики диодов не подчиняются строго “закону трех вторых”, в своей средней восходящей части они приближаются к прямым линиям, а в верхней части имеют плавный загиб (рис. 18)
Анодная характеристика диодов с оксидными катодами не имеет участка насыщения. Это объясняется явлением электростатической электронной эмиссии и дополнительным прогревом катода током эмиссии, проходящим через его толщу (анодный ток и разогрев за счет теплоотдачи раскаленного анода).
Параметры диода. Параметрами лампы называются величины, характеризующие ее свойства и определяющие возможность ее применения в различных устройствах. Параметры определяют соотношения между токами и напряжениями в различных цепях лампы. Диод характеризуется следующими параметрами: статическим сопротивлением Rо, крутизной характеристики S, дифференциальным (сопротивление переменному току) сопротивлением Ri, мощностью, рассеиваемой анодом Рa. Диод можно рассматривать как активное сопротивление, равное отношению постоянного напряжения Ua, действующего между анодом и катодом, к постоянному анодному току Ia. Это сопротивление называется статическим сопротивлением разрядного промежутка Ro, оно равно
Ro = Ua/Ia (Ом).
Так как анодная характеристика криволинейна, то Ro имеет различные значения для разных ее точек (рис. 19)
Крутизна характеристики S определяется как отношение изменения анодного тока дельта Ia к вызвавшему его изменению анодного напряжения дельта Ua:
S = delta Ia /delta Ua, мА/В.
Численно крутизна показывает на сколько мА изменился анодный ток при изменении анодного напряжения на 1 В. Крутизну можно определить графически (рис. 20)
пользуясь анодной характеристикой. Для точки 1, анодное напряжение равно Ua1 В, а ток Iа1 мА. При увеличении анодного напряжения до Ua2 В анодный ток возрастает до Ia2 мА, следовательно крутизна равна:
В криволинейной части характеристики крутизна в разных ее точках различна и равна тангенсу угла наклона касательной в данной точке (точки 3, 4).
Величина, обратная крутизне называется дифференциальным сопротивлением разрядного промежутка и измеряется в Омах
Ri = delta Ua / delta Ia = 1 / S, Ом
Мощность, выделяющаяся в виде тепла на аноде лампы, называется мощностью, рассеиваемой анодом. Она определяется как произведение анодного напряжения на анодный ток
Pa = Ia * Ua, вт
Чем меньше величина Рa, тем большая часть общей мощности может быть использована полезно.
Применение диодов. Диоды применяются для преобразования переменного тока в постоянный (в этом случае они называются кенотронами), а также для детектирования токов высокой частоты в приемниках и измерительной аппаратуре.
В выпрямителях питания радиовещательных приемников, усилителях и других устройствах, где мощность питания не превышает нескольких десятков ватт при токе до 100 мА и выпрямленном напряжении примерно до 500 Вт, применяются обычно кенотроны типа 5Ц4С. Этот кенотрон служит для двухполупериодного выпрямления и поэтому имеет два отдельных друг от друга анода. Внутри анодов находятся подогревные катоды.
В более мощных выпрямителях с выпрямленным током до 225 мА применяется двуханодный кенотрон типа 5Ц3C с оксидным катодом прямого накала.
Для детектирования применяются двойные диоды типа 6Х6С и 6Х2П, у которых в одном баллоне помещаются два одинаковых изолированных друг от друга диода.
В выпрямителях для питания электронно-лучевых трубок применяются кенотроны 1Ц1С и 2Ц2С с оксидными катодами и миниатюрный кенотрон 1Ц11П.
Трехэлектродная лампа (триод).
В триоде между катодом и анодом имеется еще один электрод, получивший название сетки. Схематическое устройство триода показано на рис. 1
а его условное обозначение в радиотехнических схемах на рис. 2
В триоде имеются три цепи (рис. 3.)
цепь накала, состоящая из источника напряжения накала, нити накала и соединительных проводов; цепь сетки образуемая сеткой, источником сеточного напряжения, междуэлектродным промежутком сетка-катод и соединительными проводами; цепь анода, состоящая из анода, источника анодного напряжения, междуэлектродного промежутка анод-катод и соединительных проводов. Для цепей сетки и анода вывод катода или отрицательный конец нити накала (рис. 4) является общей точкой.
Общую точку обычно заземляют или соединяют с корпусом прибора. Потенциал ее считают равным нулю, а потенциал электродов лампы определяют относительно этой общей точки.
Задача триода сводится в основном к управлению величиной анодного тока с помощью напряжения, приложенного между сеткой и катодом. Поэтому сетку триода называют управляющей. Изменение сеточного напряжения вызывает изменение электрического поля у поверхности катода, что в свою очередь приводит к изменению катодного тока.
Если на сетку подается положительный относительно катода потенциал, то он частично компенсирует тормозящие действие пространственного заряда у поверхности катода и в результате анодный ток Iа возрастает. Часть электронов попадает на сетку, образуя сеточный ток триода Iс (рис. 5)
Миллиамперметр, включенный между катодом и общей точкой схемы будет измерять сумму анодного и сеточного токов, которая называется катодным током Iк.
Когда сеточное напряжение Uс отрицательно относительно катода, анодный ток уменьшается, а сеточный ток в этом случае отсутствует. Таким образом сеточное напряжение образует между сеткой н катодом электрическое поле, усиливающее или ослабляющее действие электрического поля анода. Картина электрических полей при положительном и отрицательном потенциалах сетки приведена на рис. 6
Для упрощения будем рассматривать электрическое поле между плоскими электродами. На рисунке изображено поперечное сечение электродов. Электрическое поле изображено с помощью эквипотенциальных линий, соединяющих точки равного потенциала. Кривая 2 показывает изменение потенциала электрического поля от анода к катоду в плоскости, проходящей между витками сетки, а кривая 1, в плоскости проходящей через витки сетки.
Потенциал любой точки междуэлектродного пространства определяется потенциалом и местом расположения каждого электрода лампы.
При внесении в междуэлектродное пространство свободной незаряженной сетки поле в лампе не искажается, а сетка принимает потенциал пространства (рис. 6, а). Если же в междуэлектродное пространство внести заряженную сетку, картина поля изменяется, эквипотенциальные линии становятся не параллельны друг другу, траектории электронов искривляются н перестают следовать силовым линиям поля (рис. 6, б, в, г, д, е). Причем наибольшие искажения бывают в области самой сетки, а по мере удаления от нее поле выравнивается и вблизи поверхностей анода и катода оно в большинстве случаев равномерно. Между витками сетки потенциал определяется помимо напряжения сетки Uc, напряжением анода Ua и катода Uк.
При положительном напряжении на сетке (рис. 6, б) поле будет ускоряющим и анодный ток проходит через лампу. Сетка экранирует катод от анода и ослабляет влияние потенциала каждого из этих электродов на поле у другого электрода. Изменение же потенциала сетки влияет на поле у катода и у анода, причем действие сетки сильнее сказывается на поле между катодом и сеткой.
С ростом отрицательного напряжения на сетке картина поля в плоскости сетки будет все больше искажаться (рис. 6, г). Но картина поля зависит не только от потенциала сетки, но и от ее густоты. Если сетка редкая, то ее экранирующее действие невелико и потенциал анода оказывает значительное влияние на поле у поверхности катода (рис. 6, д). Если же сетка густая, то ее экранирующее действие велико, поэтому потенциал анода не влияет на поле у катода (рис. 6,е). В этом случае при том же отрицательном напряжении на сетке, что и при редкой сетке, результирующее поле у поверхности катода будет тормозящим и анодный ток прекратится, чего не наблюдалось при редкой сетке (сравните рис. 6, д и рис. 6, е).
Если в междуэлектродном пространстве находятся электроны, то потенциал любой точки пространства будет определяться также и пространственным зарядом, влияние которого особенно велико у поверхности катода. Сила электрического поля, действующая на электроны, находящиеся в пространстве между двумя электродами, возрастает с увеличением разности потенциалов и уменьшением расстояния между ними. Так как сетка находится ближе к катоду, чем анод, то ее поле сильнее действует на величину анодного тока, чем поле анода. При одном и том же расстоянии от катода, действие сетки тем сильнее, чем она гуще.
Сила электрического поля, действующая на электроны, находящиеся в пространстве между двумя электродами, возрастает с увеличением разности потенциалов и уменьшением расстояния между ними. Так как сетка находится ближе к катоду, чем анод, то ее поле сильнее действует на величину анодного тока, чем поле анода. При одном и том же расстоянии от катода, действие сетки тем сильнее, чем она гуще.
Отсюда следует, что для получения одного и того же изменения анодного тока, сеточное напряжение нужно изменить на значительно меньшую величину, чем анодное. На этом явлении основано усиливающее действие триода. Усиление происходит за счет энергии источника анодного питания Еа. Если включить в анодную цепь сопротивление нагрузки Rа (рис. 7).
то проходящий по нему анодный ток создаст падение напряжения UR. Незначительное изменение сеточного напряжения delta Uc вызывает относительно большое изменение анодного тока delta Ia. Поэтому при достаточно большой величине сопротивления Ra можно получить изменение напряжения delta UR = delta Ia * Ra, значительно превышающее исходное изменение напряжения delta Uс.
