Меню

Чем выше анодное напряжение



Статьи об Hi-End аппаратуре, ламповых усилителях, акустике, радиолампах.

Как работает радиолампа 06.03.2019 13:31

В электронной лампе, так же как и в полупроводниковом триоде, эффект усиления получается благодаря тому, что слабый электрический сигнал управляет протекающим через лампу током (движением зарядов), а этот ток может развивать значительную мощность за счет энергии внешней батареи.

В отличие от полупроводникового триода, основные процессы в лампе происходят не в микроскопических кристаллах германия или кремния, а в вакууме — в стеклянном (а иногда металлическом или металлокерамическом) баллоне, из которого откачан воздух.

В полупроводниковом триоде и, в частности, в его эмиттере всегда имеются свободные электрические заряды, то есть заряды, которые могут перемещаться под действием какого-либо напряжения, образуя эмиттерный или коллекторный ток. В вакууме свободных зарядов практически нет, и для их получения в лампу вводится специальная деталь — катод.

Во многих лампах катод представляет собой металлическую нить (есть и другие типы катодов), по которой пропускают электрический ток (ток накала), подключив к ней небольшую батарею (батарея накала Бн). Под действием тока катод, подобно спирали электроплитки, нагревается до высокой температуры — от 800° до 2500°, в зависимости от типа катода. Как известно, в металле всегда имеется большое количество свободных электронов (это и отличает проводники от изоляторов), которые беспорядочно двигаются в межатомном пространстве. Чем выше температура металла, тем интенсивнее это беспорядочное движение. При высокой температуре катода многие из электронов выходят за его пределы, и в вакууме вблизи катода появляются свободные электрические заряды (рис. 60).

Теперь заставим свободные электроны, вылетавшие из разогретого катода, упорядоченно двигаться в каком-нибудь определенном направлении, то есть создадим в лампе электрический ток. Для этого поместим в баллон еще один электрод — плоскую металлическую пластинку, расположенную невдалеке от катода. Такой электрод получил название «анод», а двухэлектродная лампа, так же как и полупроводниковый прибор с двумя зонами — n и р, называется диодом.

Если включить между анодом и катодом батарею (анодная батарея Ба), причем «плюс» ее соединить с анодом, то под действием положительного напряжения на аноде к нему будут двигаться вылетевшие из катода электроны, а на смену им в катод будут поступать электроны из батареи Ба (рис. 61). Таким образом, внутри баллона и во внешней цепи появится ток, получивший название анодного тока. Если сменить полярность анодной батареи, — ее минус подключить к аноду лампы, — то никакого тока в лампе не будет, так как отрицательное напряжение на аноде уже не будет притягивать электроны, обладающие, как известно, отрицательным зарядом (рис. 62).

Анодный ток в лампе играет ту же роль, что и коллекторный ток в транзисторе: используя энергию батарей, он создает «мощную копию» усиливаемого сигнала. Однако управление током в лампе осуществляется не так, как в полупроводниковом триоде.

В полупроводниковом триоде коллекторный ток изменяется потому, что под действием усиливаемого сигнала меняется количество зарядов, которые выходят из эмиттера и через базу попадают в коллекторную цепь. Если бы мы хотели таким же образом управлять анодным током в лампе, то нам пришлось бы пропустить усиливаемый ток через катод с тем, чтобы под действием этого тока изменялась температура катода, а следовательно, и количество вылетающих из него электронов. Конечно, такая система практически непригодна хотя бы потому, что усиливаемый сигнал обычно слишком слаб и не может нагреть катод. Кроме того, из-за тепловой инерции катода (на нагревание и остывание катода нужно некоторое время) изменение его температуры не будет поспевать за изменениями усиливаемого сигнала.

Для управления анодным током в лампу вводится третий электрод — металлическая сетка, которую располагают очень близко к катоду (рис. 63). Поэтому, если между сеткой и катодом действует даже небольшое напряжение, то оно очень сильно влияет на величину анодного тока. Во многих лампах достаточно подать на сетку отрицательное напряжение 5-10 в, которое отталкивает электроны обратно к катоду, чтобы анодный ток прекратился, несмотря на притягивающее действие довольно большого (обычно 50-250 в) положительного напряжения на аноде 1 . В этом случае говорят, что лампа заперта сеточным напряжением.

1 Когда говорят о напряжении на каком-либо электроде лампы, например, на сетке или аноде, то имеют ввиду, что это напряжение измерено относительно катода. Иногда для краткости говорят «минус на сетке» или «плюс на катоде», имея ввиду положительное или отрицательное напряжение на соответствующих электродах относительно катода.

Чем меньше отрицательное напряжение на сетке, тем слабее она отталкивает электроны, тем большее их количество, проскочив сетку, направляется к аноду, тем, следовательно, больше анодный ток. При положительных напряжениях на сетке она не только не мешает, но даже помогает движению электронов к аноду, увеличивая тем самым анодный ток.

Важно отметить, что при положительных напряжениях на сетке на нее будет попадать часть электронов, которые, пройдя внешнюю сеточную цепь, вернутся на катод . Иными словами, при положительных напряжениях на сетке в лампе возникает сеточный ток. График, показывающий, как изменяется анодный и сеточный ток при изменении напряжения на сетке, называется анодно-сеточной характеристикой лампы, а график, в котором имеется несколько кривых, снятых при различных анодных напряжениях, называется семейством характеристик рис. 65,.

Если между сеткой и катодом будет действовать переменное напряжение усиливаемого сигнала, то оно вызовет соответствующие изменения анодного тока. Но изменяющийся анодный ток пока еще никакой пользы не приносит, так же как и не выполняет полезной работы двигающийся по шоссе пустой грузовик. Для того чтобы мощный двигатель грузовика, беспрерывно сжигающий бензин, выполнял какую-то полезную работу, нужно кузов этого автомобиля заполнить тяжелыми грузами. Для того же, чтобы использовать энергию изменяющегося анодного тока электронной лампы, то есть выделить «мощную копию» усиливаемого сигнала, в анодную цепь лампы, так же как и в коллекторную цепь транзистора, включают нагрузку (рис. 64).

Нагрузка может представлять собой обычное сопротивление, громкоговоритель, колебательный контур, телефон и т. п. Проходя по нагрузке, анодный ток выделит на ней часть своей энергии. Эта энергия будет либо с помощью громкоговорителя или телефона сразу же преобразована в звуковые колебания, либо будет подвергаться дальнейшему усилению с помощью последующих ламп. Как уже говорилось, когда один каскад не дает достаточного усиления, то входной сигнал, несколько усиленный первым каскадом, передается на второй, где он усиливается еще больше, со второго каскада усиливаемый сигнал поступает на третий, и т. д.

В зависимости от назначения усилительного каскада стремятся получить либо большой переменный ток в нагрузке (для этого сопротивление нагрузки делают маленьким), либо большое переменное напряжение (для этого сопротивление нагрузки делают большим). Однако при любых соотношениях напряжения и тока в нагрузке выделяемая на ней мощность, то есть мощность усиленного сигнала, во много раз больше мощности, затраченной в сеточной цепи на управление анодным током. Попутно заметим, что сеточную цепь электронной лампы обычно называют входной цепью, а анодную — выходной.

Читайте также:  Предельное нормальное напряжение для стали

Усилительная лампа, в которой имеется анод, катод и управляющая сетка, получила название «триод» (трехэлектродная лампа). Триод широко применяется в усилителях низкой частоты, а также в аппаратуре УКВ диапазона.

Наряду со многими достоинствами у триода есть два существенных недостатка. Первый из них состоит в том, что анод и управляющая сетка образуют конденсатор Сас, емкость которого (емкость анод-сетка) обычно составляет несколько пикофарад. Емкость Сас называют проходной емкостью лампы, так как через нее переменный ток «пролезет» из анодной цепи в сеточную (рис. 66). Иными словами, из-за емкости Сас возникает обратная связь между анодом и сеткой (обратное влияние анода на сетку), которая может сильно ухудшить усилительные свойства лампы или привести к самовозбуждению каскада. В результате самовозбуждения (с этим явлением мы подробно познакомимся немного позже) усилитель превращается в генератор и дает на выходе переменное напряжение даже при отсутствии какого-либо входного сигнала.

Второй недостаток триода связан с тем, что при работе лампы в усилительном каскаде изменяется напряжение на ее аноде и иногда оно может очень сильно уменьшиться. Это объясняется тем, что часть напряжения анодной батареи падает (теряется) на сопротивлении анодной нагрузки. Чем больше анодный ток, тем больше падение напряжения на нагрузке и тем меньшая часть напряжения анодной батареи будет подводиться к аноду ламп. Когда под действием усиливаемого сигнала анодный ток сильно возрастает, минимальное напряжение на аноде — Uамин может составлять всего несколько вольт. Из-за уменьшения напряжения на аноде он плохо притягивает электроны, что приводит к нежелательному уменьшению анодного тока.

Источник

Принцип работы диода. Вольт-амперная характеристика. Пробои p-n перехода.

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. В первой части статьи мы с Вами разобрались, что такое полупроводник и как возникает в нем ток. Сегодня мы продолжим начатую тему и поговорим о принципе работы полупроводниковых диодов.

Диод – это полупроводниковый прибор с одним p-n переходом, имеющий два вывода (анод и катод), и предназначенный для выпрямления, детектирования, стабилизации, модуляции, ограничения и преобразования электрических сигналов.

По своему функциональному назначению диоды подразделяются на выпрямительные, универсальные, импульсные, СВЧ-диоды, стабилитроны, варикапы, переключающие, туннельные диоды и т.д.

Теоретически мы знаем, что диод в одну сторону пропускает ток, а в другую нет. Но как, и каким образом он это делает, знают и понимают не многие.

Схематично диод можно представить в виде кристалла состоящего из двух полупроводников (областей). Одна область кристалла обладает проводимостью p-типа, а другая — проводимостью n-типа.

На рисунке дырки, преобладающие в области p-типа, условно изображены красными кружками, а электроны, преобладающие в области n-типа — синими. Эти две области являются электродами диода анодом и катодом:

Анод – положительный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются дырки.

Катод – отрицательный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются электроны.

На внешние поверхности областей нанесены контактные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода. Такой прибор может находиться только в одном из двух состояний:

1. Открытое – когда он хорошо проводит ток;
2. Закрытое – когда он плохо проводит ток.

Прямое включение диода. Прямой ток.

Если к электродам диода подключить источник постоянного напряжения: на вывод анода « плюс» а на вывод катода « минус», то диод окажется в открытом состоянии и через него потечет ток, величина которого будет зависеть от приложенного напряжения и свойств диода.

При такой полярности подключения электроны из области n-типа устремятся навстречу дыркам в область p-типа, а дырки из области p-типа двинутся навстречу электронам в область n-типа. На границе раздела областей, называемой электронно-дырочным или p-n переходом, они встретятся, где происходит их взаимное поглощение или рекомбинация.

Например. Oсновные носители заряда в области n-типа электроны, преодолевая p-n переход попадают в дырочную область p-типа, в которой они становятся неосновными. Ставшие неосновными, электроны будут поглощаться основными носителями в дырочной области – дырками. Таким же образом дырки, попадая в электронную область n-типа становятся неосновными носителями заряда в этой области, и будут также поглощаться основными носителями – электронами.

Контакт диода, соединенный с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения будет отдавать области n-типа практически неограниченное количество электронов, пополняя убывание электронов в этой области. А контакт, соединенный с положительным полюсом источника напряжения, способен принять из области p-типа такое же количество электронов, благодаря чему восстанавливается концентрация дырок в области p-типа. Таким образом, проводимость p-n перехода станет большой и сопротивление току будет мало, а значит, через диод будет течь ток, называемый прямым током диода Iпр.

Обратное включение диода. Обратный ток.

Поменяем полярность источника постоянного напряжения – диод окажется в закрытом состоянии.

В этом случае электроны в области n-типа станут перемещаться к положительному полюсу источника питания, отдаляясь от p-n перехода, и дырки, в области p-типа, также будут отдаляться от p-n перехода, перемещаясь к отрицательному полюсу источника питания. В результате граница областей как бы расширится, отчего образуется зона обедненная дырками и электронами, которая будет оказывать току большое сопротивление.

Но, так как в каждой из областей диода присутствуют неосновные носители заряда, то небольшой обмен электронами и дырками между областями происходить все же будет. Поэтому через диод будет протекать ток во много раз меньший, чем прямой, и такой ток называют обратным током диода ( Iобр). Как правило, на практике, обратным током p-n перехода пренебрегают, и отсюда получается вывод, что p-n переход обладает только односторонней проводимостью.

Прямое и обратное напряжение диода.

Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток называют прямым (Uпр), а напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток называют обратным (Uобр).

При прямом напряжении ( Uпр) сопротивление диода не превышает и нескольких десятков Ом, зато при обратном напряжении ( Uобр) сопротивление возрастает до нескольких десятков, сотен и даже тысяч килоом. В этом не трудно убедиться, если измерить обратное сопротивление диода омметром.

Сопротивление p-n перехода диода величина не постоянная и зависит от прямого напряжения ( Uпр), которое подается на диод. Чем больше это напряжение, тем меньшее сопротивление оказывает p-n переход, тем больший прямой ток Iпр течет через диод. В закрытом состоянии на диоде падает практически все напряжение, следовательно, обратный ток, проходящий через него мал, а сопротивление p-n перехода велико.

Например. Если включить диод в цепь переменного тока, то он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская прямой ток (Iпр), и закрываться при отрицательных полупериодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления – обратный ток (Iобр). Эти свойства диодов используют для преобразования переменного тока в постоянный, и такие диоды называют выпрямительными.

Читайте также:  Как определить максимальное напряжение сопромат

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода.

Зависимость тока, проходящего через p-n переход, от величины и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода.

На графике ниже изображена такая кривая. По вертикальной оси в верхней части обозначены значения прямого тока ( Iпр), а в нижней части — обратного тока ( Iобр).
По горизонтальной оси в правой части обозначены значения прямого напряжения Uпр, а в левой части – обратного напряжения ( Uобр).

Вольт-амперная характеристика состоит как бы из двух ветвей: прямая ветвь, в правой верхней части, соответствует прямому (пропускному) току через диод, и обратная ветвь, в левой нижней части, соответствующая обратному (закрытому) току через диод.

Прямая ветвь идет круто вверх, прижимаясь к вертикальной оси, и характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения.
Обратная ветвь идет почти параллельно горизонтальной оси и характеризует медленный рост обратного тока. Чем круче к вертикальной оси прямая ветвь и чем ближе к горизонтальной обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. Наличие небольшого обратного тока является недостатком диодов. Из кривой вольт-амперной характеристики видно, что прямой ток диода ( Iпр) в сотни раз больше обратного тока ( Iобр).

При увеличении прямого напряжения через p-n переход ток вначале возрастает медленно, а затем начинается участок быстрого нарастания тока. Это объясняется тем, что германиевый диод открывается и начинает проводить ток при прямом напряжении 0,1 – 0,2В, а кремниевый при 0,5 – 0,6В.

Например. При прямом напряжении Uпр = 0,5В прямой ток Iпр равен 50mA (точка « а» на графике), а уже при напряжении Uпр = 1В ток возрастает до 150mA (точка « б» на графике).

Но такое увеличение тока приводит к нагреванию молекулы полупроводника. И если количество выделяемого тепла будет больше отводимого от кристалла естественным путем, либо с помощью специальных устройств охлаждения ( радиаторы), то в молекуле проводника могут произойти необратимые изменения вплоть до разрушения кристаллической решетки. Поэтому прямой ток p-n перехода ограничивают на уровне, исключающем перегрев полупроводниковой структуры. Для этого используют ограничительный резистор, включенный последовательно с диодом.

У полупроводниковых диодов величина прямого напряжения Uпр при всех значениях рабочих токов не превышает:
для германиевых — 1В;
для кремниевых — 1,5В.

Источник

Электронные лампы, §2. Диод — самая простая лампа

В первой статье цикла » Электронные лампы, §1. Ренессанс? Размышления и введение » разговор в основном шел о физике процессов в лампе. В общем и целом.

Сегодня тоже не получится обойтись совсем без физики, но большей частью разговор будет идти о практических аспектах работы и применения диодов. Так что начнем с технологии и физики, а закончим практикой применения.

Как и следует из названия, у диода всего два электрода- катод и анод. И если с анодом все более-менее понятно, то катоду стоит уделить дополнительное внимание.

Катоды

Катод является поставщиком электронов необходимых для работы лампы. В предыдущей статье мы уже выяснили, что катод, в большинстве случаев, имеет специальное покрытие. Основным типом катодов к лампах является оксидный. То есть, катод покрыт слоем оксидов щелочно-земельных металлов: бария, кальция, стронция.

Такие катоды работают при температурах порядка 800 градусов, а их срок службы может достигать десятков тысяч часов. При этом для таких катодов критичным является высокий вакуум в лампе. И такие катоды боятся как перегрева, так и недогрева. А анодное напряжение не может быть слишком высоким, так происходит разрушение оксидного слоя под действием ионов, которые неизбежно присутствуют в лампах.

Оксидные катоды имеют большое сопротивление. Поэтому дополнительно нагреваются под действием катодного тока. Поэтому в мощных лампах используют губчатые оксидные катоды. В таких катодах слой оксида наносится на металлическую губку, что снижает сопротивление катода и его перегрев от тока катода.

Катоды могут быть прямого накала, когда сама нить накала покрывается слоем оксида и является катодом. Такой катод показан на иллюстрации слева. И косвенного накала, когда нить накала помещается внутрь катода и изолируется от него. Такой катод показан на двух оставшихся лампах на иллюстрации.

Катод прямого накала

Прямой накал проще в изготовлении и дешевле. Но его механическая прочность ниже. И долговечность ниже. Кроме того, тепловая инерция такого катода ниже, а значит его температура и, как следствие, эмиссионная способность, пульсируют при питании переменным током. А это приводит и к пульсациям анодного тока.

Кроме того, поверхность катода прямого накала не является эквипотенциальной, так как ток накала (довольно значительный) создает на нем градиент потенциала. Это не очень критично для диодов, но для ламп с сетками может оказывать заметное влияние. Кроме того, это приводит и к неравномерному износу катода.

Пониженная механическая прочность катода прямого накала дает и еще один интересный эффект — микрофонный. Так или иначе этот эффект свойственен почти всем лампам, но для ламп с катодом прямого накала этот выражен гораздо сильнее.

Микрофонный эффект это изменение анодного тока при механических воздействиях (вибрации) на лампу. Достаточно слегка постучать пальцем по колбе лампы, как станут заметны колебания тока анода. Такой эффект может даже привести к возникновению самовозбуждения усилителя через акустические колебания, если лампа расположена вблизи мощного динамика. Точно так же, как вызывает самовозбуждение при поднесении микрофона к динамику.

Поэтому катод прямого накала обычно используется только в миниатюрных лампах предназначенных для применения в аппаратуре с батарейным питанием. Такой катод можно сделать компактным, а малые размеры снижают влияние механических вибраций. При этом питание накала осуществляется постоянным током. Кроме того, такие катоды позволяют несколько повысить экономичность лампы.

Катод косвенного накала

Катод косвенного накала. Иллюстрация моя

В качестве изолятора обычно выступает керамическая трубка. Поскольку нить накала здесь расположена компактно внутри изолятора, механическая прочность такого катода существенно выше. А микрофонный эффект выражен гораздо слабее.

Возросшая тепловая инерция почти полностью исключает пульсации температуры катода при питании накала переменным током. А поскольку по катоду теперь не протекает ток накала, только ток катода, его поверхность имеет гораздо меньший градиент потенциалов.

При этом катод косвенного накала дороже. Он менее экономичен и более трудоемок в изготовлении. А напряжение накала обычно заметно выше, чем для для катодов прямого накала.

Устройство лампового диода

Конструкция диода. Иллюстрация моя

Для показанного на первой иллюстрации двуханодного диода обычно в одной колбе размещают два отдельных диода, катоды которых соединены вместе (но могут иметь и отдельные выводы), аноды имеют отдельные выводы, нити накала соединены последовательно.

Читайте также:  Ms8900 детектор переменного напряжения mastech ms8900

Аноды мощных диодов могут иметь дополнительные ребра, которые выполняют роль теплоотводов. Но поскольку отвод тепла от анода возможен только через излучение, наружные поверхности анода имеют темный цвет (это не краска) и матовые.

Физика диода

Физике мы уделили достаточно внимания в предыдущей статье. Поэтому сегодня лишь кратко коснемся тонкостей физических процессов в диоде.

Будем считать потенциал катода равным нулю. Анодное напряжение создает между катодом и анодом электрическое поле, которое при отсутствии эмиссии электронов будет однородным.

Однако, при работе катод испускает электроны, которые создают в пространстве между катодом и анодом отрицательный объемный заряд. Плотность этого заряда будет не равномерной и максимальной вблизи катода. А поле становится неоднородным.

Распределение объемного заряда в ламповом диоде. Иллюстрация моя

Плотность анодного тока в любом сечении электронного потока постоянна. А вот скорость электронов различна. У катода скорость минимальна, ведь электрон еще не успел разогнаться полем анода. А у анода скорость максимальна. По этой причине и плотность объемного заряда выше к катода, где скорость электронов меньше.

При недостаточном анодном напряжении возникающая неоднородность поля может привести к тому, что некоторые вылетевшие из катода электроны вернутся обратно на катод. То есть, ток анода будет меньше тока эмиссии катода.

Обратите внимание, что ток эмиссии это не ток катода ! Ток эмиссии это произведение числа вылетевших из катода электронов и заряда электрона

Здесь Ie это ток эмиссии, N число вылетевших из катода электронов, е — заряд электрона.

А ток катода это произведение числа безвозвратно покинувших катод электронов и заряда электрона.

Здесь Ik это ток катода, n — число безвозвратно покинувших катод электронов.

В общем случае, число безвозвратно покинувших катод электронов меньше числа вылетевших из катода электронов, так как часть электронов опять возвращаются на катод. А значит

И это важный момент. При этом в диоде токи катода и анода равны

Ik = Ia

А вот это уже момент принципиальный.

С ростом анодного напряжения все большее число электронов достигает анода. А значит, и анодный ток растет. Однако, как я говорил в предыдущей статье, эмиссионная способность катода не безгранична. И рано или поздно наступает момент, когда практически все электроны достигают анода. При этом ток анода практически прекращает расти с ростом анодного напряжения.

Такое состояние называется режимом насыщения. Анодное напряжение, при котором рост анодного тока существенно замедляется, называется напряжением насыщения — Us. А соответствующий этому напряжению ток анода называется током насыщения — Is.

Ток анода зависит от напряжения на аноде нелинейно. Эту зависимость иногда называют законом трех вторых.

Анодная характеристика диода (теоретическая) - полукубическая парабола. Иллюстрация моя

Разумеется, такой характер зависимости совершенно не применим к режиму насыщения. Коэффициент g зависит от размеров и формы электродов, технологии изготовления лампы.

В реальности, зависимость тока анода от анодного напряжения заметно отличается от полукубической параболы. Но для инженерного анализа работы лампы такая теоретическая зависимость довольно удобна.

Параметры лампового диода

Параметры режима эксплуатации диода вполне очевидны. В первую очередь, это напряжение накала и ток накала. Для анодного напряжения и анодного тока обычно указываются их максимально допустимые значения. Кроме того, дополнительным ограничением может выступать рассеиваемая на аноде мощность. Поэтому одновременное достижение максимального анодного напряжения и тока может быть невозможным.

Кроме того, часто указывается емкость диода (емкость между анодом и катодом), для высокочастотных диодов.

Крутизна

Крутизна лампового диода. Иллюстрация моя

Крутизна лампового диода равняется отношению приращения анодного тока в вызвавшему его приращению анодного напряжения. Вполне очевидно, что крутизна будет разной для разных точек анодной характеристики. Поэтому необходимо указывать условия, для которых крутизна измеряется. Фактически, крутизна определяется углом наклона касательной проведенной в заданной точке Р.

При этом очевидно, что при малых токах анода и малых анодных напряжениях крутизна будет меньше.

Внутреннее дифференциальное сопротивление

Дифференциальное сопротивление диода обратно крутизне. То есть, это отношение приращения анодного напряжения и вызванного этим приращения анодного тока.

Следует понимать, что дифференциальное сопротивление это не сопротивление постоянному току. Более подробно о дифференциальном сопротивлении я рассказывал в статье » Дифференциальное сопротивление. Почти без формул, но с картинками «.

Особенности применения диода

Рабочая точка (анодное напряжение и соответствующий ему ток анода) графоаналитически определяется так же, как и для полупроводникового диода. И тут вряд ли нужны какие то дополнительные пояснения. Но вот падение напряжения на ламповом диоде игнорировать уже нельзя. Так как оно составляет на доли вольт-вольты, а десятки и сотни вольт.

На высокой частоте емкость диода ограничивает возможности ламповых диодов весьма значительно. Не смотря на то, что эта емкость мала. Зато внутреннее сопротивление лампы велико. И с ростом частоты емкость анод-катод начинает оказывать существенное шунтирующее влияние на работу лампового диода.

Причем это влияние начнет сказывать уже на частотах гораздо меньших тех, когда требуется учитывать инерционность электрона. Для повышения высокочастотных свойств ламповых диодов нужно уменьшить емкость, но не допустить большого увеличения внутреннего сопротивления. Поэтому размеры электродов уменьшают. Одновременно уменьшая и расстояние между ними.

А это автоматически приводит к снижению допустимого анодного напряжения и допустимого анодного тока. Поэтому высокочастотные диоды являются маломощными.

Диоды предназначенные не для детектирования и работы на высоких частотах, а для выпрямления переменного напряжения, часто называют кенотронами. Для кенотронов емкость не имеет решающего значения, так как они работают на довольно низких частотах, зато выделяющаяся на аноде мощность требует увеличения площади излучающей тепло поверхности. Поэтому размеры анода кенотронов довольно большие. И аноды снабжаются дополнительными ребрами для улучшения теплоотдачи через излучение.

Мощность потерь на аноде лампового диода равна произведению анодного напряжения на ток анода. И для кенотронов эта мощность значительна. А короткое замыкание в нагрузке может оказаться разрушительным. Особенно для мощных кенотронов.

Поэтому ламповые диоды, впрочем, как и полупроводниковые, надо выбирать с учетом их области применения. Так диод 6Х2П (весьма распространенный ранее) хорошо подойдет для детекторов и высокочастотных схем, но вот в выпрямителя его использовать не стоит. Максимальная рассеиваемая на аноде мощность для него всего 0.5 Вт. Да и внутреннее сопротивление у него не самое маленькое.

А вот демпферный диод 6Ц10П (использовался в блоках строчной развертки) вряд ли подойдет на высокочастотных схем, зато он может рассеивать гораздо большую мощность а аноде и способен работать при больших импульсах анодного тока.

Кенотрон 6Ц4П предназначен для работы в выпрямителях переменного напряжений. И он равно плохо подойдет и для работы на высокой частоте, и для работы в качестве демпферного диода.

Примеры практического применения ламповых диодов

Поскольку диод это очень простая лампа, каких либо хитростей в его применении нет.

Источник