Характеристика и параметры диода

Свойство двухэлектродной лампы пропускать ток в одном на­правлении используется для выпрямления переменного тока в по­стоянный.

§ 132. ХАРАКТЕРИСТИКА И ПАРАМЕТРЫ ДИОДА

Ток в цепи анода лампы зависит от температуры накала нити, т. е. от количества электронов, вылетающих из катода в единицу времени, а также от напряжения на аноде. Если положительное напряжение на аноде мало, то он притягивает небольшое количество электронов и ток в анодной цепи имеет малое значение. С повышением напряжения на аноде ток в цепи увеличивается.

График, показывающий зависимость величины анодного тока от приложенного к аноду напряжения при неизменном токе накала  называется  анодной  характеристикой  двухэлектродной лампы (рис. 177).

Кривая (рис. 177) показывает, как изменяется сила анодного тока при изменении величины анодного напряжения и неизменной силе тока накала нити. 

Как видно на графике, ток в лампе при увеличении напряжения на аноде возрастает при некотором положительном напряжении на аноде ток в его цепи достигает наибольшей величины. Дальней-

шее повышение напряжения на аноде не вызывает роста тока.

Эта наибольшая вели­чина тока в лампе назы­вается током насыщения. Однако у ламп с оксид­ным катодом явление на­сыщения мало заметно.

Диоды разных типов отличаются своими пара­метрами и характеристи­ками. К основным пара­метрам диода относятся: напряжение накала Uн ток накала Iн, ток эмиссии Iэ, анодное напряжение Uа. Кроме того, диоды различаются по  крутизне их характеристики. Чем быстрее нарастает анодный ток диода при увеличении анодного напряжения, тем больше крутизна характери­стики диода. Крутизну обозначают S она показывает, на сколько миллиампер увеличивается сила анодного тока диода при повыше­нии анодного напряжения на 1 в:

где ∆Ia— изменение силы анодного тока,

∆Ua — изменение анодного напряжения.

 Так, если крутизна диода S —3 ма/в, то это значит, что при уве­личении анодного напряжения на 1 в сила анодного тока возрастет на 3 ма.

К параметрам, которыми характеризуется диод, относится также величина его внутреннего сопротивления переменному току. Внутреннее сопротивление диода не постоянно, а зависит от вели­чины и полярности анодного напряжения, приложенного к диоду. Например, когда к аноду приложено отрицательное напряжение, его внутреннее сопротивление практически бесконечно велико и ток через диод не проходит. Наименьшим внутренним сопротивле­нием диод обладает в пределах средней прямолинейной части Характеристики, где крутизна имеет наибольшее значение. В ниж­ней части характеристики и в верхней части внутреннее сопротив­ление лампы увеличивается.

Внутреннее сопротивление лампы обозначается Я;. Оно равна отношению изменения анодного напряжения (∆Ua) к соответствующему изменению анодного тока:

Весьма важным параметром, характеризующим каждую лампу, является величина допустимой мощности рассеяния на аноде. Электроны под влиянием напряжения, приложенного к аноду, развивают большую скорость и поэтому со значительной силой ударяются в него. При этом анод, нагреваясь, может раскалиться и даже расплавиться. Чем больше анодное напряжение, тем больше ско­рость электронов. Чем больше ток, проходящий через диод, тем большее число электронов одновременно ударяет в анод. Поэтому количество тепла, выделяемого на аноде, зависит от анодного напряжения и анодного тока. Произведение этих двух величин равно мощности рассеяния на аноде:

Выделение тепла на аноде — бесполезная, но неизбежная потеря мощности. При очень сильном нагревании анода лампа выходит из строя. Ввиду этого мощность рассеяния не должна превышать не. которую допустимую для данного типа лампы величину.

§ 133. ВЫПРЯМЛЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Переменный ток, как уже известно, удобен для трансформиро­вания и поэтому используется очень широко. Государственные электростанции, снабжающие электроэнергией промышленные предприятия, вырабатывают переменный ток.

Но для многих отраслей промышленности, для электротранспорта, электролизных установок, электронной аппаратуры, Дл" зарядки аккумуляторов требуется электрическая энергия постоянного тока. Это создает необходимость преобразования переменного тока в постоянный. Процесс преобразования переменного Тока в постоянный называется выпрямлением.

Прибор, в котором для выпрямления переменного тока приме­няется электронная лампа (кенотрон), называется ламповым или кенотронным выпрямителем. 

На рис. 178, а изображена схема однополупериодного кенотрон­ного выпрямителя. Переменный ток проходит через первичную об­мотку I трансформатора Тр. Вторичная обмотка II одним концом соединяется с анодом кенотрона, а вторым концом — через нагруз­ку с катодом. Обмотка III служит для накала нити лампы.

В течение одного полупериода, когда на аноде лампы поддер­живается положительное напряжение по отношению к катоду, элек­троны, вылетающие из нагретого катода под действием электриче­ского поля анода, притягиваются к нему и движутся в направлении: анод лампы — обмотка II трансформатора — нагрузка — дроссель Др — катод. В другой полупериод, когда на аноде создается отри­цательное напряжение по отношению к катоду, электроны, вылетающие из катода, отталкиваются полем анода и в цепи нагрузки  ток не течет. В следующие полупериоды процесс повторяется.

Поскольку при этой схеме электрический ток проходит через диод и нагрузку, включенную в его цепь только в течение одного полупериода, такое выпрямление называется однополупериодным. График напряжений при однополупериодном выпрямлении приве­ден на рис. 178, б.

Во время отрицательных полупериодов в цепи нагрузки тока  нет, а во время положительных полупериодов нагрузка получает  ток одного направления, который все же изменяется по величине

так, как изменяется  переменный  ток  в  течение  положительного полупериода. Такой изменяющийся по величине, но постоянный по направлению ток называется пульсирующим.

Чтобы уменьшить пульсацию тока и превратить его в постоян­ный ток, не изменяющийся по величине, применяют сглаживающие фильтры.

Пульсирующий электрический ток можно себе представить как сумму постоянных и переменных токов, или, иначе говоря, как сумму постоянной и переменной составляющих. Роль фильтра заключается в том, чтобы не пропускать через нагрузку перемен­ные составляющие и пропускать постоянную составляющую, т. е. постоянный ток.

Сглаживающий фильтр обычно состоит из катушки индуктив­ности (дросселя) и конденсаторов. Известно, что катушка индук­тивности обладает индуктивным сопротивлением

Оно становится тем больше, чем выше частота f переменного тока, протекающего по катушке, и больше ее индуктивность L. Из этого следует, что переменному току дроссель оказывает боль­шое сопротивление и сильно его уменьшает. Для постоянного же тока  дроссель  не  представляет  собой  большого  сопротивления, и ток легко проходит по обмотке дросселя. Конденсатор, наоборот не пропускает постоянного тока и свободно пропускает переменный. Как известно, сопротивление конденсатора

поэтому чем выше частота f тока в цепи, в которую включен конденсатор, и чем больше емкость С конденсатора, тем меньше сопро­тивления он оказывает переменному току.

Эти свойства дросселя и конденсатора используются для сглаживания пульсирующего электрического тока.

Сглаживающий фильтр включается в схему выпрямителя (рис 178, а). Действие сглаживающего фильтра заключается в следующем. В течение положительного полупериода, когда через лампу

проходит ток, конденсатор С1 подключенный к точкам 1 и 2, заряжается до наибольшего значения переменного напряжения па за­жимах вторичной обмотки II трансформатора Тр. В течение отрицательного полупериода, когда ток в лампе прекращается, этот конденсатор разряжается и поддерживает напряжение на нагрузочном сопротивлении. По мере разряда конденсатора сила тока, конечно, уменьшается и поэтому ток в цепи все же пульсирует. Для сниже­ния пульсации между точками 1 я 3 включен дроссель Др, а между точками 3 и 4 — еще конденсатор  С2. Дроссель оказывает значительное сопротивление переменным составляющим пульсирующая го тока и почти не пропускает их. Через конденсатор С2 проходят те переменные составляющие,  которые  в  незначительном  количестве протекают через дроссель. В результате этого на зажимах нагрузки получается относительно постоянное напряжение.