1.1.8.5. DIODAI
Diodo konstrukcija
Diodas yra paprasčiausia elektroninė lempa. Ją sudaro stiklinis arba metalinis balionas, kuriame, be katodo K, yra antras elektrodas A, vadinamas anodu, kuris darbo metu turi teigiamą įtampą. Diodų su tiesioginio ir netiesioginio kaitinimo katodais sutartiniai grafiniai žymėjimai ir konstrukcijų pavyzdžiai parodyti 6 ir 7 paveiksluose. Lempai įjungti į schemą pro baliono pagrindą arba sieneles yra išvedami metaliniai elektrodų įvadai.8 paveikslo schemose parodoma, kaip jungiami į elektrinę grandinę diodai su tiesioginio tr netiesioginio kaitinimo katodais. Katodui kaitinti skirta baterija Ef vadinama kaitinimo baterija, o grandinė, kurią sudaro ši baterija ir kaitinimo siūlas, vadinama kaitinimo grandine. Bateriją Ea, įjungta tarp anodo ir katodo, vadinama anodo baterija, o grandinė, kurią sudaro ši baterija ir tarpa tarp lempos anodo ir katodo, vadinama anodo grandine. Anodo ir katodo potencialų skirtumas vadinamas ainodo įtampa. Katodas, įkaitintas iki reikiamos temperatūros, pradeda emituoti elektronus. Įjunkime anodo bateriją: teigiamą polių sujunkime su anodu, o neigiamą su katodu. Veikiami susidariusio tarp anodo ir katodo elektrinio lauko, iš katodo išlėkę elektronai pradės judėti link anodo. Elektronų srautas sujungs tarpą tarp anodo ir katodo, ir išorine grandine pradės tekėti srovė, vadinama anodo srove. Nors elektronai lempoje skrieja nuo anodo prie katodo, srovės kryptį sutarta laikyti priešinga elektronų judėjimui, t.y. nuo anodo link katodo, arba nuo teigiamo baterijos poliaus prie neigiamo.
Jeigu pakeisime baterijos jungimo poliarumą, t.y. sujungsime teigiamą polių su katodu, o neigiamą su anodu, tai elektronai, stumiami neigiamo anodo lauko, sugrįš į katodą. Anodo srovė netekės. Vadinasi, diodo viduje srovė gali tekėti tik viena kryptimi nuo anodo į katodą. Tai reiškia, kad diodas turi savybę lyginti srovė. Diodas yra ventilis, t.y. prietaisas, praleidžiantis srovę tik viena kryptimi. Anodo baterija sukuria lauką, kuris greitina išlėkusius iš katodo elektronus, tačiau tarp katodo ir anodo esantieji elektronai sudaro elektronų debesėlį, vadinamą erdvinį (arba tūrinį) krūvį, kuris trukdo elektronams judėti prie anodo. Tuo būdu, elektronai juda nuo katodo prie anodo, veikiami atstojamosios jėgos, kurią sudaro greitinantis anodo baterijos laukas ir stabdantis erdvinio krūvio laukas.
Diodo charakteristika
Svarbu žinoti kiekvienos lempos voltamperinę charakteristiką, t.y. jos anodo srovės priklausomybę nuo anodo įtampos:
Tokią charakteristiką galima gauti eksperimentiškai, naudojantis 9 paveiksle a parodyta schema. Kaitinimo įtampa palaikoma pastovi (Uf=const). Palaipsniui didinama anodo įtampa Ua ir pažymima, kokios būna anodo srovės reikšmės, esant tam tikroms I anodo Įtampos reikšmėms.
8 pao. Diodo jungimo į elektrinę grandinę schemos:
a diodas su tiesioginio kaitinimo katodu, b diodas su netiesiogmio kaitinimo katodu
9 paveiksle, b, atvaizduotos voltamperimės charakteristikos, gautos, esant įvairioms kaitinimo įtampoms Uf1, Uf2, ir Uf3.
Panagrinėkime charakteristiką, esant kaitinimo įtampai Uf1. Šią charakteristiką galime suskirstyti į dvi daliskylančią OA ir gulsčią AB.
Kai anodo įtampa Ua lygi nuliui, anodo srovė taip pat lygi nuliui, nes anodas netraukia, elektronų. Kol anodo įtampa maža, judančius elektronus stabdo erdvinio krūvio sukurtas laukas. Į anodą patenka tik nedidelė dalis išlėkusių iš katodo elektronų; anodo srovė auga lėtai. Tačiau didėjant anodo įtampai, vis daugiau elektronų pasiekia anodą, srovė sparčiai stiprėja. Erdvinis krūvis vis labiau. ,,išsiurbiamas".
Kylančioje charakteristikos dalyje OA anodo grandinės srovė priklauso nuo katodą supančio erdvinio krūvio. Režimas, atitinkantis šią charakteristikos dalį, yra vadinamas erdvinio krūvio režimu. Diodui dirbant šiuo režimu, anodo srovė būna mažesnė už emisijos srovę.
Toliau didėjant anodo įtampai, anodo greitinantis laukas pasidaro tiek stiprus, kad išsiurbia visą erdvinį krūvį, ir visi išlėkusieji iš katodo elektronai pasiekia anodą. Tai atitinka gulsčiąją charakteristikos dalį AB. Toks režimas, kai į anodą patenka visi išlėkusieji iš katodo elektronai, vadinamas prisotinimo režimu. Dirbant šiuo režimu, anodo srovė būna apytiksliai lygi emisijos srovei.
Palyginę charakteristikas, gautas, esant didesnėms kaitinimo įtampoms Uf^ ir Ufs, matome, kad jų kylančios dalys beveik sutampa, tačiau, didėjant kaitinimo Įtampai, prisotinimui reikia didesnės įtampos Ua ir kartu gaunamas didesnis ribinės srovės stiprumas.
Reikia, pažymėti, kad šiuolaikinėse lempose, esant prisotinimo režimui, srovė /a vis dėlto didėja, didėjant Ua- Dioduose su oksidiniais katodais prisotinimas mažai pastebimas, nes anodo elektrinis laukas, prasiskverbdamas giliau į oksido sluoksnį, išplėšia iš jo daugiau elektronų ir sukelia papildomą (autoelektroninų) emisiją, kuri priklauso nuo anodo įtampos.
Diodo parametrai
Lempos savybės apibudinamos jos pagrindiniais parametrais statumu S ir vidine varža Ri
Lempos charakteristikos statumas (arba tiesiog statumas) rodo, keliais miliamperais pasikeičia anodo srovė, pakeitus anodo Įtampą 1 V. Jis yra' lygus anodo srovės pokyčio DIa ir atitinkamo anodo įtampos pokyčio DUa santykiui:
Lempos vidinė varža. Anodo įtampos pokyčio Al/a ir jo sukelto anodo srovės pokyčio A/a santykis apibudina diodo sudaromą varžą kintamajai srovei. Si varža vadinama lempos vidine varža:
Vidinė varža yra lempos statumui atvirkštinis dydis:
Štatumą 5 ir vidinę varžą Ri galima apskaičiuoti iš charakteristikų trikampio ABC (9 pav., c). Statinis AB reiškia anodo įtampos pokytį At/a, o statinis BCatitinkamą anodo srovės pokytį A/a.
Statumas ir vidinė varža paprastai apskaičiuojami charakteristikos tiesiosios dalies viduryje.
Be pagrindinių diodo parametrų (statumo ir vidinės varžos), .yra dar papildomi parametrai: anodo nuostolių galingumas ir didžiausia atbulinė įtampa.
Anodo nuostolių galingumas. Greitai skriejantys elektronai, atsimušdami į anodo paviršių, atiduoda jam savo kinetinę energiją, kuri išsiskiria šilumos pavidalu. Galingumas, kurį elektronai atiduoda anodui
Pa=IaUa
Jeigu galingumas Pa būna didesnis už anodo išsklaidomą į aplinką galingumą, tai kyla anodo temperatūra. Dėl to anodas gali deformuotis ir gali suirti arti esančio katodo aktyvusis sluoksnis. Kad lempa nesugestų, galingumas Pa neturi būti didesnis už anodo nuostolių didžiausią leistiną (išsklaidomą) galingumą Pamahs
Didžiausia atbulinė įtampa Uatb- Jeigu anodas darbo metu įkaista ligi aukštos temperatūros, tai gali prasidėti termoelektronimė .emisija iš jo paviršiaus. Esant didelei neigiamai anodo įtampai,. per lempą teka nedidelė atbulinės krypties srovė, kuri gali sukelti lempos .pramušimą.
Diodų pritaikymas
Diodai naudojami kintamajai srovei lyginti ir moduliuotiems virpesiams detektuoti.
Kintamajai srovei lyginti naudojami diodai vadinami kenotronais. Lygintuvų schemos nagrinėjamos § 16. Pagal paskirtį kenotronai škirstomi į mažo ir didelio galingumo, aukštos įtampos (aukštai įtampai lyginti) ir žemos įtampos, vieno ir dviejų anodų.