Ламповый диод:что это такое и как он работает

Ламповые диоды в металлической оболочке

В последнее время мы наблюдаем много технологических достижений в области электрических устройств. В настоящее время мы можем найти кучу транзисторов, создающих логические вентили и обеспечивающих вычисления.

Но компьютеры существовали до изобретения транзисторов и постоянного тока. Хотя эта самая ранняя форма компьютера была такой массивной, в 20 веке она занимала целые комнаты и весила тысячи фунтов.

Ламповый диод — это то, что играло роль транзисторов в этих гигантских компьютерах. Хотя транзисторы управляют миром современных электронных устройств, вакуумный диод по-прежнему находит применение.

Итак, в этой статье мы расскажем все о ламповом диоде, о том, как он работает, о его типах и применении для вашей печатной платы, а также о его характеристиках.

Начнем!

Вакуумная трубка

Что такое ламповый диод?

До эпохи транзисторов сэра Джона Амброуз Флеминг создал то, что мы знаем как электронную лампу — в 1904 году. Сэр Ли Де Форест (из 17-го века) — еще одно имя, с которым нужно считаться, особенно в отношении радиоприемников и ламповых диодов накаливания.

Вакуумная трубка — это устройство, которое блокирует поток отдельных электронов от электрического тока в одном направлении (от анода к катоду), но позволяет протекать электрическому току в другом направлении (от катода к аноду).

Итак, вакуумный диод — это простейшая форма вакуумной лампы, которая производит и контролирует свободные электроны. Кроме того, вакуумный диод имеет два электрода, которые мы знаем как катод и анод. Анод работает как коллектор электронов, а катод служит эмиттером электронов. Он также работает как нить накала 1,4 В с односторонним клапаном, поддерживающим как нагретые, так и тонкие нити.

Кроме того, катод может быть положительным электродом или отрицательным электродом во время разряда электростатического поля. Другими словами, он обладает отличными свойствами автоэлектронной эмиссии.

Аноды представляют собой полые металлические цилиндры из никеля или железа. Однако в ситуациях с высокой мощностью вы найдете аноды с молибденом, графитом или танталом, потому что события высокой мощности могут повредить никелевые или железные аноды. Кроме того, аноды больше, чем катоды, чтобы рассеивать тепло без сильного повышения температуры. Таким образом, вы не можете считать анод слабым током.

С другой стороны, катоды состоят из простой вольфрамовой нити или торированного вольфрама. Кроме того, катодами с линиями поля могут быть никелевые трубки с покрытием из оксида бария или оксида стронция. Кроме того, катоды с оксидным покрытием демонстрируют более высокую эффективность излучения.

Как работают ламповые диоды

При изучении работы вакуумного диода важно знать, насколько эффективно электроны покидают поверхность.

Количество потоков электронов, которые нагретый материал может излучать на единицу площади, связано с постоянным b и абсолютной температурой. Константа «b» указывает, что делает первичный электрон, чтобы покинуть поверхность.

Таким образом, отсюда мы можем вывести уравнение для тока, покидающего внешнюю поверхность, как:

I =AT²ε (–b/T)

Уравнение для тока, покидающего внешнюю поверхность

Где: 

I – сила тока в амперах

A – константа для вида излучающего материала

T – температура в абсолютных градусах

б – работа, необходимая для того, чтобы электрон покинул внешнюю поверхность

Изобретения Уолтера Х. Шоттки и Томаса Эдисона также подтверждают приведенное выше уравнение.

Высоковакуумные ламповые диоды

По большей части вакуумные термоэмиссионные диоды работают как современные лампы. Но с большим размером. Кроме того, он оснащен вакуумным контейнером с анодом и катодом, подключенными к источнику кислого напряжения.

Анодное и катодное напряжение

Анод (положительный вывод) имеет дело с положительным напряжением. Итак, он работает по принципу термоэлектронной эмиссии. Кроме того, нить нагревает катод (отрицательный вывод) и позволяет испускать электроны. Эти испускаемые электроны затем притягиваются к аноду. Однако, если положительного напряжения, которое получает анод, недостаточно, он не будет притягивать электроны от катода.

Электрическая нить

По этой причине невидимое облако электронов будет скапливаться в пространстве между анодом и катодом, создавая объемный заряд. Объемный заряд отталкивает другие электроны, покидающие катод. Следовательно, прекращается эмиссия электронов и протекание тока по цепи.

Но если напряжение источника питания, приложенное между анодом и катодом, достаточно велико, то эффект пространственного заряда будет нейтрализоваться медленно. Таким образом, поток электронов к аноду будет свободным. Следовательно, электроны могут двигаться через вакуум внутри стеклянной оболочки вакуумной оболочки. По этой причине ничто не блокирует эмиссию электронов, что позволяет свободно течь току от анода к катоду.

Плюс по мере увеличения приложенного напряжения на аноде увеличивается и ток. В конце концов объемный заряд полностью исчезает, и анод достигает максимальной эмиссии катода.

Примечание.

Единственный способ увеличить эмиссию электронов с катода — повысить температуру катода. Это также увеличивает энергию электронов, позволяя большему количеству электронов покинуть катод.

Хотя все области вакуумного диода имеют объемный заряд, он очень важен в области катода. Почему? Потому что он определяет критические элементы, включая максимальную эмиссию.

Напротив, если анод работает с отрицательным напряжением, потока электронов не будет, потому что он не будет горячим. Кроме того, электроны, покидающие нагретую электронно-лучевую трубку, не будут двигаться к аноду. Этот процесс накапливает сильный объемный заряд между анодом и электронно-лучевой трубкой. Из-за сильного отталкивания объемного заряда все электроны движутся обратно к катоду. Следовательно, ток по цепи не течет.

Характеристики вакуумных диодов

Вот некоторые характеристики ламповых диодов.

Диод как выпрямитель

При подаче переменного тока на ваш анод его полярность останется положительной в течение положительного полупериода. Таким образом, электроны могут течь к аноду. Более того, во время отрицательного полупериода пластина остается отрицательной, что прекращает анодный ток.

Таким образом, это показывает, что ламповые диоды позволяют анодному току течь только в одном направлении и производят выпрямленный выходной ток. И это лучше работает с термоэлектронным диодом или полупроводниковым диодом с напряжением нагревателя или обратным напряжением.

Диодный выпрямитель

Два типа катодов

В ламповом диоде могут использоваться два типа катодов:

Катод прямого нагрева

Здесь катод также служит нитью накала. Таким образом, вы можете назвать это катодом накаливания.

Катод косвенного нагрева

Здесь катод имеет тонкую металлическую гильзу, покрытую оксидами. Гильзы служат катодом, а от гильзы отделена электрически изолированная вольфрамовая проволока.

Космический заряд

Объемный заряд является важной характеристикой лампового диода. Положительный заряд появляется на катоде, когда он испускает электроны. Это позволяет катоду притягивать электроны и создавать объемный заряд в оболочке вакуумной трубки.

Катодные материалы

Вот два распространенных катодных материала:

Вольфрам

Вольфрам представляет собой чистый металл и имеет работу выхода 4,54 эВ. Вы можете безопасно работать с этим материалом при температуре 2500°K и использовать его в лампах большой мощности, термоэмиссионных лампах или лампах бегущей волны.

Вольфрамовый стержень

Торированный вольфрам

Этот материал работает в катодах прямого нагрева. Он поддерживает электроны при низких температурах (около 700°C до 750°C). Вы можете эксплуатировать этот материал с высокой эффективностью и небольшой мощностью нагрева.

Типы ламповых диодов

Тип вакуумной диодной трубки имеет шесть классификаций, которые включают:

• Вакуумные диоды для частотного диапазона (радиопередатчики, СВЧ, аудио)

Микроволновая печь

• Вакуумные диоды для номинальной мощности (мощность звука, слабый сигнал) с однородным полем
• Вакуумные диоды катодного/накального типа
• Специализированные функции вакуумных диодов (детекторы света)
• Применение вакуумных диодов (передающие или приемные трубки)
• Вакуумные диоды для специальных параметров (малошумное усиление звука)

Приложения

Применение ламповых диодов включает:

• Атомные часы
• Рентгеновские трубки
• Радиоприемники
• Батарея смещения сетки
• Аудиосистемы
• Трубки регулятора напряжения
• Управляющий электрод
• Триодный усилитель
• Электронный усилитель
• Потребительские приложения
• Высокоскоростное переключение каналов
• Клистронные трубки
• Ионные двигательные установки
• Электронное оборудование
• Оборудование на батарейках
• Профессиональное звуковое оборудование
• Радиосвязь
• Солнечные коллекторы
• Микроволновые системы
• Военные системы с (высоковольтным) питанием
• Компоненты для мобильных телефонов, Bluetooth и Wi-Fi.
• Спутники сотовой связи
• Ускорители частиц
• Фотоумножители
• Стробоскопы
• Полупроводниковые вакуумные электронные системы
• Вакуумные электронные устройства
• Вакуумные панельные дисплеи

Заключительные слова

Несмотря на то, что сейчас мир питается от транзисторов, вакуумный диод все еще используется. Возможно, самое выдающееся современное использование вакуумного диода - в музыкальном сообществе. Большинство меломанов предпочитают качество звука ламповых электронных усилителей полупроводниковым усилителям.

Вакуумные трубки с одним конвертом

Еще одно известное применение — мощные радиочастотные передатчики. Ламповые диоды генерируют больше энергии, чем полупроводниковые аналоги. Итак, вы найдете вакуумные трубки в МРТ-сканерах, ускорителях частиц и даже в микроволновых печах. На этом статья заканчивается. Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь обращаться к нам. Будем рады помочь.