Как работает диод?
Самой простой радиолампой - диодом - может стать любая лампа накаливания, если внутрь ее баллона впаять металлическую пластинку с выводом наружу (рис. 3) и удалить из баллона воздух. Чтобы разогреть ее нить накала, подключим к ее выводам батарею накала GBH - Образуется цепь накала. Вторую батарею, но с более высоким напряжением, соединим отрицательным полюсом с одним из выводов нити накала, а положительным полюсом - с анодом. Образуется вторая цепь - анодная, состоящая из участка катод - анод, анодной батареи GBa и соединительных проводников. Если включить в нее миллиамперметр, стрелка прибора укажет на наличие тока в этой цепи. У вас, 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, испускаемые 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.
Рис. 3. Если в лампу накаливания ввести анод и удалить из балона воздух, она превратится в простейшую электронную лампу - диод.
Наряду с термином «анодное напряжение» применяют также термины «напряжение на аноде», «напряжение анода». Все эти термины равнозначны: они подразумевают напряжение, действующее между анодом и катодом. Если полюсы анодной батареи или иного источника тока присоединены непосредственно к катоду или аноду лампы, то анодное напряжение будет равно напряжению источника тока. А теперь подумайте и ответьте: 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. Итак, двухэлектродная электронная лампа, как и полупроводниковый диод, обладает свойством односторонней проводимости тока. Но она в отличие от полуповодникового диода пропускает через себя только прямой ток, т.е. ток 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 значение анодного тока диода? Если катод имеет постоянный накал и излучает беспрерывно одно и то же количество электронов, то анодный ток 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. При некотором достаточно высоком анодном напряжении все электроны, излучаемые катодом, будут попадать на анод и при дальнейшем увеличении напряжения на аноде анодный ток перестает расти. Это явление называют насыщением анода. Увеличить эмиссию катода можно повышением напряжения накала. Но при этом продолжительность жизни лампы резко уменьшается, а при чрезмерно большом напряжении накала катод быстро теряет эмиссию или совсем разрушается. А что происходит в анодной цепи анода, когда в ней действует переменное напряжение? Обратимся к (рис. 4). Здесь, как и в предыдущем примере, катод диода накаляется током батареи GBH. На анод лампы подается перменное напряжение, источником которого служит вторичная (II) обмотка сетевого трансформатора Т. В этом случае напряжение на аноде периодически изменяется по значению и знаку (рис. 4, а).
Рис. 4. Диод выпрямляет переменный ток.
А так как диод обладает односторонней электропроводностью, ток через него идет только при положительном напряжении на его аноде. Говоря иными словами, диод пропускает положительные полуволны (рис. 4, 6) и не пропускает отрицательных полуволн перменного тока. В результате в анодной цепи течет ток одного направления, но пульсирующий с частотой перменного напряжения на аноде. Происходит выпрямление переменного тока - явление, знакомое вам по работе полупроводникового диода. Если в анодную цепь включить нагрузочный резистор Rн, через него также будет течь выпрямленный диодом ток. При этом на выводе резистора, соединенном с катодом, будет плюс, а на другом выводе - минус выпрямленного напряжения. Это напряжение, создающееся на резисторе, может быть сглажено фильтром выпрямителя и подано в другую цепь, для питания которой необходим постоянный ток. Лампы, предназначаемые для работы в выпрямителях, называют кенотронами. Двухэлектродные лампы можно использовать не только для выпрямления переменного тока, но и для детектирования модулирования колебаний РЧ.