Тема 5. Випрямні діоди

Діод – найпростіша електронна лампа, що має два електроди – катод і анод. Ці електроди вміщено в скляний балон, в якому створюється високий вакуум. Катод діода буває з прямим розжаренням або підігрівним. Анод призначено для збору електронів, що вилітають з катода, і для керування ними. Анод виготовляють з нікелю, молібдену або танталу, які витримують високу температуру нагрівання. Форма анода залежить головним чином від конструкції катода. Найчастіше зустрічаються циліндрична або плоска.

Електроди діода закріплюються на спеціальних тримачах – траверсах, впаяних в скляний гребінець ніжки лампи.

При виборі електронних ламп для роботи у різних схемах керуються їх характеристиками і параметрами. Найважливішою характеристикою діода є анодна: при . Схема для знімання характеристик діода показана на рис. 1.27, а.

а)

б)

Рис. 1.27.

Анодна характеристика складається з трьох ділянок, які відповідають трьом режимам роботи (рис. 1.27. б)

При (область 1) спостерігається невеликий анодний струм за рахунок початкових швидкостей з якими електрони покидають катод. Анодний струм в цьому режимі можна визначити за формулою

де – анодний струм при (десятки мкА).

При (область 2) ВАХ описується наближено формулою закону «степеня ». При достатньо великих позитивних анодних напругах всі емітовані катодом електрони доходять до анода, наступає режим насичення (область 3). Лампи з оксидним катодом не мають чітко вираженої області насичення (ефект Шоткі) – криві а, б на рис. 1.27, б.

Діод характеризується також залежністю анодного струму від напруги розжарення, таку характеристику називають емісійною (рис. 1.28.).

.

В режимі насичення анодний струм дорівнює струму емісії:

В режимі просторового (об’ємного) заряду .

Рис. 1.28.

Для якісної оцінки властивостей діода служать його параметри. Існую кілька основних параметрів діода.

1. Крутість характеристики S (або внутрішня диференціальна провідність):

Крутість характеристики S показує, наскільки зміниться анодний струм при зміні анодної напруги на 1В. Оскільки анодна характеристика нелінійна, крутість S різна в різних точках кривої. Для вибраної точки характеристики A (рис. 1.27, б) величину S можна визначити як відношення малого приросту анодного струму до відповідного приросту анодної напруги , тобто

Для більшості діодів .

Крутість можна підрахувати, скориставшись законом «степеня три других»:

2. Внутрішній опір – це опір лампи при малих змінах анодної напруги навколо заданого значення

Опір зазвичай становить десятки-сотні Ом.

3. Опір діода постійному струму

4. Гранична зворотна напруга – максимальна напруга між анодом і катодом, яку витримує без пробою лампа при негативному потенціалі анода. Цей параметр визначається ізоляційною міцністю лампи.

5. Максимальна потужність, що розсіюється анодом , максимальний анодний струм – .

6. Ємність між анодом і катодом .

Рис. 1.29.

На високих частотах ця ємність шунтує внутрішній опір , погіршуючи випрямляючі властивості діода.

Щоб зменшити , треба зменшити розміри анода і катода і віддалити один від одного їх виводи. У малопотужних діодів одиниці пікофарад.

Електровакуумні діоди застосовуються для випрямлення змінного струму, детектування модульованих сигналів.

Схема однотактного випрямляча на діоді наведена на рис. 1.30, а. Діоди, призначені для використання у випрямлячах, зазвичай називаються кенотронами.

Схема діодного детектора амплітудно-модульованих коливань наведена на рис. 1. 30, б.Детекоторні діоди призначені для перетворення високочастотних коливань, випрямлення ВЧ-струмів і перетворення їх у струми низької чатсоти. Такі діоди працюють при малих анодних напругах та струмах і мають ємність між анодом і катодом десяті долі пікофарад.

а) б)

Рис. 1.30.

Умовне позначення діода складається з ряду цифр и букв. Перші цифри вказують напругу розжарення в вольтах. Затим слідує буква, що позначає назву діода: Ц – кенотрон, Х – детектор, Д – детектор коливань. Після цього слідують цифри, які вказують порядковий номер розробки. В кінці приводяться букви, які позначають тип корпусу і надійність діода: С – скляний, П – малогабаритний скляний (пальчиковий), К – керамічний, Е – підвищеної надійності, И – імпульсний. Наприклад: 6Х2П, 6Д20П, 1Ц11П, 6Ц4П.