Lempinis diodas

Lempinis diodas

Elektrovakuminis diodas – elektrovakuuminis du elektrodus turintis lempinis prietaisas. Diodo taikymas paremtas jo savybe praleisti srovę tik viena kryptimi (iš anodo į katodą). Diodas nepraleidžia srovės priešinga kryptimi. Taip pat, jei turi du anodus, jis nepraleidžia srovės tarp jų.

Parametrai

Diodo savybės apibūdinamos jo pagrindiniais parametrais - statumu S ir vidine varža R_i.

• Diodo charakteristikos statumas rodo, keliais miliamperais pasikeičia anodo srovė, pakeitus anodo įtampą 1 V. Jis yra lygus anodo srovės pokyčio ΔI_a ir atitinkamo anodo įtampos pokyčio ΔU_a santykiui:

$S={\frac {\Delta I_{a}}{\Delta U_{a}}}$.

• Diodo vidinė varža. Anodo įtampos pokyčio ΔU_a ir jo sukelto anodo srovės pokyčio ΔI_a santykis apibūdina diodo sudaromą varžą kintamajai srovei:

$R_{i}={\frac {\Delta U_{a}}{\Delta I_{a}}}$.

Vidinė varža yra diodo statumui atvirkštinis dydis:

$R_{i}={\frac {1}{S}}$.

Be pagrindinių diodo parametrų (statumo ir vidinės varžos), yra dar papildomi parametrai:

• Anodo nuostolių galingumas. Greitai skriejantys elektronai, atsimušdami į anodo paviršių, atiduoda jam savo kinetinę energiją, kuri išsiskiria šilumos pavidalu. Galingumas kurį elektronai atiduoda anodui

$P_{a}=I_{a}U_{a}\,\!$.

Jeigu galingumas P_a 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 diodas nesugestų, galingumas P_a neturi būti didesnis už anodo nuostolių didžiausią leistiną (išsklaidomą) galingumą P_amax

• Didžiausia atbulinė įtampa U_atb. Jeigu anodas darbo metu įkaista iki aukštos temperatūros, termoelektroninė emisija iš jo paviršiaus, esant dideliai neigiamai anodo įtampai, per diodą teka nedidelės atbulinė krypties srovė, kuri gali sukelti diodo pramušimą.

Veikimo principas

Lempinis diodas turi du elektrodus – katodą ir anodą. Katodas yra laisvųjų elektronų šaltinis. Kaitinant katodą, vyksta termoelektroninė emisija: elektronai išlekia iš katodo ir sudaro aplink jį neigiamą erdvinį krūvį, kurio elektrinis laukas trukdo tolesniam elektronų išlėkimui, t. y., šis elektrinis laukas sudaro potencialinį barjerą.

Kai prie anodo prijungiama teigiama įtampa, ji mažina potencialinį barjerą prie katodo paviršiaus, todėl elektronai, turintys didesnę energiją, išlekia iš erdvinio krūvio srities, patenka į anodinės įtampos elektrinį lauką ir juda anodo link – atsiranda anodinė srovė.

Kadangi elektronai neigiami, pagal srovės apibrėžimą ji teka iš anodo į katodą, nors ją nešančios dalelės juda priešinga kryptimi.

Kai prie anodo prijungiama neigiama anodinė įtampa, elektronai turėtų keliauti iš anodo į katodą. Tačiau anodas nėra kaitinamas, todėl elektronai negali palikti anodo metalinės plokštelės, ir diodu elektros srovė neteka. Todėl diodas praleidžia srovę tik viena kryptimi. Nekaitinamą elektrodą žymus elektronų kiekis gali palikti tik esant itin aukštoms įtampoms, kurios yra už diodo darbo įtampų intervalo.

Jei lempa kaitinama kintamąja srove ir kaitinimo siūlas betarpiškai tarnauja kaip katodas, potencialų skirtumas tarp anodo ir katodo viename siūlo galų nežymiai svyruoja kaitinimo įtampos dažniu. Taigi šiek tiek svyruoja ir diodu tekanti srovė (jaučiamas kintamosios srovės fonas). Neretai tai neleistina, todėl dažnai kaitinimo siūlas būna elektriškai izoliuotas nuo katodo plokštelės.

Srovės lyginimas

Dvipusis lygintuvas su transformatoriaus vidurine atšaka (tarp L1 ir L2) ir dviejų anodų lempiniu diodu. Papildoma apvija (H) skirta diodo katodui kaitinti.

Su vienu paprastu diodu galima pagaminti tik vienpusį srovės lygintuvą. Dvipusiam (abu pusperiodžius panaudojančiam) lygintuvui reikalingi keturi vieno anodo lempiniai diodai (dažniausiai tiek naudoti yra per daug). Naudojant transformatorių su vidurine atšaka, diodų skaičių galima sumažinti iki dviejų. Puslaidininkiam maitinimo šaltiniui tai nelabai svarbu ir retai naudojama, tačiau lempiniam lygintuvui toks taupymas reikšmingas. Šie diodai gali būti sujungti katodais, todėl juos galima pakeisti viena lempa, turinčia du anodus ir vieną katodą. Dvipusiam lygintuvui pagaminti pakanka transformatoriaus su vidurine atšaka bei vienos tokios trijų elektrodų (tačiau ne triodo) lempos.

Sutartiniai ženklai

	Diodo, kurio kaitinimo grandinė atskirta nuo katodo elektrodo, ženklas
	Diodo, kurio kaitinimo ir katodo grandinė bendra, ženklas.
	Diodas su dviem anodais (dvipusiam srovės lygintuvui).

Taikymo sritis

Lempiniai naudojami srovei lyginti. Šiam tikslui neretai naudojami vieną katodą ir du anodus turintys lempiniai diodai. Turint transformatorių su vidurine atšaka, vienos tokios lempos pakanka sukurti elektros srovės lygintuvą, pakeičiant du diodus.

Radijo ir skaičiavimo aparatūroje diodai turėjo ir kai kada tebeturi ir įvairių kitų taikymo sričių.

Privalumai ir trūkumai

Lempinis diodas gerai tinka aukštos įtampos srovei lyginti. Puslaidininkius diodus tam pritaikyti sudėtinga, nes tokia įtampa juos „pramuša“ (vienpusis laidumas išnyksta). Silpnoji lempinio diodo vieta yra kaitinimo siūlas, kurio tarnavimo laikas ribotas, o jam kaitinti reikia nemažai energijos. Be to, palyginus su puslaidinkiu diodu, šis prietaisas mažiau atsparus smūgiams (ypač jei kolba stiklinė) ir brangesnis pagaminti.