Как работает диод

Самой простой радиолампой — диодом — может стать любая электролампа, если внутрь ее баллона впаять металлическую пластинку с выводом наружу (рис. 107). Чтобы разогреть ее нить накала, подключим к ее выводам батарею накала Б. Образуется цепь накала. Вторую батарею Бл соединим отрица­тельным полюсом с одним из выводов нити накала, а положительным — с анодом. Образуется вторая цепь — анодная, состоящая из участка катод — анод, анодной батареи Бл и соединительных проводников. Если включить в нее миллиамперметр, стрелка прибора укажет на наличие тока в этой цепи.

У тебя, естественно, может возникнуть вопрос: почему в анодной цепи течет ток? Ведь между катодом и анодом нет электрического соединения.

Отвечаю: подключив анодную батарею, мы тем самым создали на аноде положительный заряд, а на катоде — отрицательный. Между ними возникло электрическое поле, под действием которого электроны, испускаехмые ка­тодом, устремляются к положительно заряженному аноду. А катод покидают другие электроны, которые также летят к аноду. Достигнув анода, электроны дви­жутся по соединительным проводникам к положительному полюсу анодной ба­тареи, а избыточные электроны с отрицательного полюса батареи текут к катоду. Образование в анодной цепи диода потока электронов можно сравнить с таким явлением. Если над кипящей водой поместить крышку кастрюли или тарелку, то образовавшийся пар будет на ней охлаждаться и «сгущаться» в капельки воды. С помощью воронки мы можем эту воду вернуть в кастрюлю. Получается как бы замкнутая цепь, по которой движутся частицы воды.

Ток анодной цепи называют анодным током, а напряжение между анодом и катодом лампы — анодным напряжением. Наряду с термином «анодное напряжение» применяют также термины «напряжение на аноде», «напряжение анода». Все эти термины равнозначны: говоря «анодное напряже­ние», «напряжение на аноде» или «напряжение анода», подразумевают напря­жение, -действующее между анодом и катодом. Если полюсы анодной батареи или источника тока присоединены непосредственно к катоду и аноду лампы, то анодное напряжение будет равно напряжению источника тока.

А теперь подумай и ответь: будет ли в анодной цепи диода протекать ток, если положительный полюс анодной батареи соединить с нитью накала, а отрицательный — с анодом? Конечно, нет. Ведь анод в этом случае имеет

отрицательный заряд. Он будет отталкивать электроны, испускаемые катодом и никакого тока в этой цепи не будет.

Рис. 107. Если в лампу накаливания ввести анод, она превратится в простей­шую электронную лампу— диод.

Итак, двухэлектродная электронная лампа, как и полупроводниковый диод, обладает свойством односторонней проводимости тока. Но она в отличие от полупроводникового диода пропускает через себя только прямой ток, т. е. только в одном направлении — от катода к аноду. В обратном направлении, т. е. от анода к катоду, ток идти не может. В этом отношении радиолампа, бесспорно, превосходит полупроводниковый диод, через который течет небольшой обратный ток.

Что влияет на величину анодного тока диода? Если катод имеет постоянный накал и излучает беспрерывно одно и то же количество электронов, то величина анодного тока зависит только от анодного напряжения. При небольшом анодном напряжении анода достигнут лишь те электроны, которые в момент вылета из катода обладают наиболее высокими скоростями. Другие, менее «быстрые» электроны останутся возле катода. Чем выше анодное напряжение, тем больше электронов притянет к себе анод, тем значительнее будет анодный ток. Однако не следует думать, что повышением анодного напряжения можно бесконечно увеличивать анодный ток. Для каждой лампы существует некоторый предельный анодный ток, превышение которого ведет к нарушению свойства катода испускать электроны.

Увеличить эмиссию катода можно повышением его накала. Но при этом продолжительность жизни лампы резко падает, а при чрезмерно большом накале катод быстро теряет эмиссию или совсем разрушается.

А что происходит в анодной цепи анода, когда в ней действует переменное напряжение?

Обратимся к рис. 108. Здесь, как и в предыдущих примерах, катод на­каляется током батареи Бн. На анод лампы подается синусоидальное переменное напряжение, источником которого может быть, например, электроосветительная сеть. В этом случае напряжение на аноде периодически изменяется по величина и знаку (рис. 108, а). А так как диод обладает односторонней проводимостью, ток через него идет только при положительном напряжении на его аноде. Говоря иными словами, диод пропускает положительные полуволны (рис. 108,6) и не пропускает отрицательных полуволн переменного тока. В результате в анодной цепи течет ток одного направления, но пульсирующий с частотой переменного напряжения на аноде. Происходит выпрямление переменного тока — явление, знакомое тебе по работе полупроводникового диода.

Если в анодную цепь включить нагрузочный резистор RH, через него также будет течь выпрямленный диодом ток. При этом на одном конце резистора, соединенном с катодом, будет плюс, а на другом — минус выпрямленного на­пряжения. Это напряжение, создающееся на резисторе, может быть подано в дру­гую цепь, для питания которой необходим постоянный ток.

Двухэлектродные лампы, как и полупроводниковые точечные диоды, при­меняют для детектирования высокочастотных колебаний, раньше их часто исполь­зовали в выпрямителях для питания радиоаппаратуры. Лампы, предназначенные для работы в выпрямителях, называют кенотронами.

В. Г. Борисов. Юный Радиолюбитель