75. ДВУХЭЛЕКТРОДНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА-ДИОД

Явление термоэлектронной эмиссии приводит к тому, что нагретый металлический электрод, в отличие от холодного, непрерывно испускает электроны, которые образуют вокруг него «электронное облако». Электрод при этом заряжается положительно, и под влиянием электрического поля электроны из облака частично возвращаются на электрод. В равновесном состоянии число электронов, покинувших электрод в секунду, равно числу электронов, возвратившихся на электрод за это время. Чем выше температура металла, тем выше плотность электронного облака.

Различие между горячим и холодным электродами, впаянными в откачанный сосуд, приводит к односторонней проводимости электрического тока между ними. При подключении электродов к источнику тока между ними возникает электрическое поле. Если положительный полюс источника соединен с холодным электродом (анодом), а отрицательный — с нагретым (катодом), то напряженность электрического поля направлена к нагретому электроду. Под действием этого поля электроны частично покидают электронное облако и движутся к холодному электроду. Электрическая цепь замыкается, и в ней устанавливается электрический ток. При противоположном включении источника напряженность поля направлена от катода к аноду. Электрическое поле отталкивает электроны облака назад к катоду. Цепь оказывается разомкнутой, и ток в цепи отсутствует.

Диод. Односторонняя проводимость используется в электронных приборах с двумя электродами вакуумных диодах.

Устройство современного вакуумного диода таково. Внутри баллона из стекла или металлокерамики, из которого откачан

Рис. 178

Рис. 179

воздух до давления 10 6— 10 7 мм рт. ст., размещены два электрода (рис. 178, и). Один из них катод имеет вид вертикального металлического цилиндра, покрываемого обычно слоем оксидов щелочноземельных металлов — бария, стронция, кальция. Такой катод называют оксидным. При нагревании поверхность оксидного катода выделяет гораздо больше электронов, чем поверхность катода из чистого металла. Внутри катода расположен изолированный проводник, нагреваемый переменным током. Нагретый катод испускает электроны, достигающие анода, если он имеет более высокий потенциал, чем катод.

Анод лампы представляет собой круглый или овальный цилиндр, имеющий общую ось с катодом. Схематическое изображение диода показано на рисунке 178, б.

Вольт-амперная характеристика диода. Существенные свойства любого электронного устройства отражает его вольт-амперная характеристика, т. е. зависимость силы тока от разности потенциалов на клеммах этого устройства. Получить вольт-амперную характеристику диода можно с помощью цепи, схема которой изображена на рисунке 179. В отличие от характеристики металлического проводника эта характеристика не линейная (рис. 180). Основная причина нелинейности характеристики вакуумного диода в том, что свободные электроны, образующие ток в пространстве диода, испускаются одним из электродов в ограниченном количестве. Кроме того, на движение электронов, наряду с полем, созданным зарядами на электродах, существенное влияние оказывает поле пространственного заряда электронного облака у катода.

Чем выше напряжение между анодом и катодом, тем меньше пространственный заряд электронного облака, тем большее количество электронов достигает анода, следовательно, тем больше и сила тока в лампе. Если катод не покрыт оксидным слоем, то при достаточно большом напряжении все электроны, покинувшие катод, достигают анода и при дальнейшем увеличении напряжения ток не меняется, наступает насыщение (пунктирная линия на рисунке 181). Если повысить температуру катода

Рис. 180

Рис. 181

(это можно сделать, изменив сопротивление реостата в цепи накала), то катод будет покидать большее число электронов. Электронное облако вокруг катода станет более плотным. Ток насыщения наступит при большем напряжении между анодом и катодом, и сила тока насыщения возрастет (вторая пунктирная линия на рисунке 181). В электронной лампе с оксидным катодом достигнуть насыщения нельзя, ибо это требует столь больших разностей потенциалов, при которых катод разрушается.

Диоды применяются для выпрямления переменного электрического тока.