Частные уроки по физике

Конструкции и типы диодов
Основными деталями каждого диода являются: баллон, из которого удален воздух; накаленный катод, излучающий электроны; анод, являющийся приемником этих электронов. В зависимости от назначения и требований, предъявляемых к лампе, могут меняться конструкции и размеры каждой отдельной детали.

Основным требованием, предъявляемым к диоду независимо от схемы, в которой он работает, является получение возможно более крутой характеристики, так как при этом его внутреннее сопротивление оказывается наименьшим и становится наименьшей теряемая в нем мощность. Из формулы крутизны: видно, что для получения большой крутизны необходимо увеличивать действующую поверхность анода и уменьшать, расстояние от катода до анода и величину. Обычно для увеличения крутизны уменьшают отношение, увеличивая Гу и уменьшая ха.

При этом большие преимущества представляют подогревные катоды, которые уже в силу своей конструкции имеют больший радиус rf, что дает возможность легче выбрать подходящие размеры анода для рассеяния выделяющейся на нем мощности. Плоская конструкция электродов имеет некоторые преимущества перед цилиндрической, так как, применяя ряд параллельно включенных нитей или используя одну длинную, зигзагообразной формы нить, можно сильно увеличить действующую (поверхность анода).

При этом расстояние между анодом и катодом можно принять достаточно малым, не уменьшая поверхности анода. Однако, здесь имеется свой недостаток, таи; как при малом расстоянии ха велико выделение тепла в участках анода, близких к катоду, что может вызвать перегрузку этих участков анода сверх допустимой. Кроме того, чрезмерное уменьшение расстояния опасно виду возможности пробоя между, электродами при высоких напряжениях.

В лампах малой и средней мощности анод рассеивает сравнительно небольшую мощность, поэтому можно допустить охлаждение анода исключительно за счет излучения, проходящего через стенки баллона. Аноды в лампах малой мощности (до 20 W, выделяемых на аноде) делаются основном из блестящего или черненого никеля; в лампах средней мощности (от 20 до 3 000 W) из молибденовой жести или из тантала.

Чтобы при тех же размерах анода повысить рассеиваемую мощность, аноды часто делают ребристыми, устраивая "посредством изгибания анода или приварки к его поверхности -металлические охлаждающие ребра, как, например, в диоде 5ВХ1 (5Ц4С). В мощных лампах, где рассеиваемая анодом мощность слишком велика (больше 5 kW), охлаждение анода только за счет излучения оказывается недостаточным. Чтобы уменьшить нагревание анода, применяется внешнее принудительное охлаждение. В таких лампах анод выполняется часто в виде полого цилиндра из красной меди, обладающей большой теплопроводностью.

Внутри цилиндра расположен катод. С одной стороны цилиндр герметически закрыт; другой (открытый) конец, через который вставлены внутренние детали лампы, приварен к стеклянному баллону. Вывод от катода проходит через "ножку", впаянную в стеклянный баллон лампы. Медный анод либо помещается в специальный кожух, внутри которого протекает охлаждающая вода, либо обдувается воздухом от специального вентилятора, причем в этом случае к нему приварены специальные радиаторные ребра.

Удельная нагрузка такого анода допустима до 25, 30 W cm2 и зависит от скорости протекания охлаждающей воды. Форма и размеры стеклянного баллона определяются в основном температурными условиями, и поверхность баллона должна соответствовать максимальной мощности, выделяемой в лампе, так как вся эта мощность должна быть отведена в окружающее пространство только через стенки баллона.

Удельная нагрузка баллона, сделанного из обыкновенного стекла, принимается в пределах 0,25 0,5 W cm2. Форма стеклянного баллона выбирается из технологических соображений и для большей равномерности распределения температуры по его поверхности либо цилиндрическая, фиг, 54. Анод дио-либо шарообразная с цилиндрическими гор- да 5ВХ1 (с охлаж-лами на концах (для вывода электродов). дающими ребрами).

При выборе сорта стекла для баллона особое внимание обращается на подбор одинаковых коэффициентов теплового расширения данного сорта стекла и металлических вводов, соединяющих электроды с наружными токоподводящими проводами, так как при впайке этих вводов в стекло должна быть обеспечена полная газонепроницаемость баллона, как в холодном состоянии, так и при рабочей температуре. В низковольтных диодах выводы катода и анода делаются в общий цоколь. В высоковольтном диоде велика опасность возникновения "обратного пробоя", так что расстояние между анодом и катодом нельзя делать меньше определенной величины.

Диоды небольшой мощности, предназначенные для работы при невысоких напряжениях, часто делаются двух анодными: в одном баллоне помещаются два анода при одном общем катоде или с двумя катодами, причем катоды в этом случае обычно включаются параллельно. Такие лампы оказываются очень удобными для применения их в специальных детекторных и двух полупериодных выпрямительных схемах. Некоторые конструкции ламп делаются с металлическим баллоном вместо стеклянного (например, диод 6Х6Б).

В приложении 2 даны основные параметры некоторых типов отечественных диодов. Применение диодов: Двухэлектродные лампы применяются в основном для преобразования беременного тока в постоянный, т. е. для выпрямления тока, и в этом случае они носят название кенотронов. Выпрямителем (вентилем) называется прибор, который пропускает ток только в одном, или преимущественно в одном, направлении. Это значит, что сопротивление выпрямителя неодинаково для токов разного направления.

Двухэлектродная лампа как раз и относится к числу таких приборов, причем обратное сопротивление ее практически бесконечно велико. Если в анодную цепь лампы вместо обычного источника постоянного напряжения включить источник переменного тока, например, вторичную обмотку трансформатора, то в цепи лампы ток будет проходить только тогда, когда анод находится под положительным по отношению к катоду потенциалом.

В те моменты, когда анод имеет отрицательный относительно катода потенциал, ток во внешней цепи прекращается. В результате в цепи анода установится пульсирующий ток (постоянный по направлению и переменный по величине). Этот пульсирующий ток имеет кроме постоянной составляющей h также и переменные составляющие (гармоники), поэтому он непригоден для питания радиоприемных и радиопередающих устройств, в которых переменные составляющие создают звуковой фон.

Численное значение коэффициента пульсаций задается теми установками, для которых предназначен данный тип выпрямителя. Для получения коэффициента пульсации, лежащего в заданных пределах, применяются либо специальные устройства фильтры для маломощных устройств, либо схемы с многофазным выпрямлением для мощных устройств, от которых требуется высокий к. п. д.

Работа кенотрона в выпрямительной схеме характеризуется всеми теми параметрами, которые были рассмотрены выше и которые определяются в основном свойствами самой лампы. Под максимумом обратного напряжения Ug6p понимают наибольшее напряжение между анодом и катодом лампы в ту часть периода, когда лампа не пропускает ток. Дело в том, что в проводящий полупериод через кенотрон течет ток 1а, создающий в нагрузке Ra падение напряжения Ia Ra.

Для достаточной величины к. п. д. всего устройства необходимо сколь возможно увеличивать средние значения полезного напряжения IaRa и уменьшать Ua. Поэтому в экономичных схемах Ua всегда значительно меньше UB. В непроводящий полупериод ток в цепи не течет, на нагрузке падение напряжения равно нулю и все напряжение трансформатора ложится на кенотрон. Это напряжение является максимальным, ложащимся на кенотрон при его работе, и называется обратным потому, что оно имеет место при полярности на кенотроне, обратной рабочей полярности.

Допустимое обратное напряжение определяется пробивной прочностью кенотрона, которая зависит", в частности, от температуры анода. Uo6p должно быть всегда меньше пробивного напряжения, при котором нарушается выпрямительное действие кенотрона, и по анодной цепи начинает проходить ток и при отрицательном потенциале анода. Значения выпрямленного тока 0 и выпрямленнного напряжения UQ определяются параметрами всей цепи: лампой и нагрузкой.


Спонсор публикации: