Радиолампы. Термоэлектронная эмиссия. Электровакуумный диод

В первой половине 20 века, еще до появления полупроводниковых приборов, радиолампы, благодаря своим особенностям, составляли основу электроники того времени.

Первое использование радиоламп – детектирование слабых сигналов в телеграфах. Позже их начали применять для выпрямления переменного напряжения источников питания, а затем буквально везде, где сейчас применяют полупроводники: в телевизорах, радиолах, радиоприемниках, радиограммафонах и т. д.

Что же представляют из себя радиолампы и на чем основан их принцип действия?

Радиолампы – электрические приборы, действие которых основывается на электрических явлениях в вакууме или в пространстве, заполненном после удаления воздуха газом.

Различают две основные разновидности радиоламп:

К первой разновидности относят электронные приборы, в которых электрический ток, протекающий через вакуум, создается только перемещением электронов;

Ко второй же разновидности относятся ионные (газоразрядные) приборы, в которых электрический ток, протекающий в газовой среде, создается перемещением как электронов, так и ионов.

Принцип действия всех радиоламп основан на явлении термоэлектронной эмиссии.

Термоэлектронная эмиссия – это вид электронной эмиссии при которой дополнительная энергия сообщается электронам в результате нагрева катода лампы.

Простейшей электронной лампой является диод.

Диод представляет собой баллон, из которого выкачан воздух и внутри которого находятся два электрода: анод и катод. От этих электродов сквозь стенки баллона проходят выводы. От анода делается один вывод. Если нить накала лампы одновременно является и катодом, от нее делается два вывода. Если же катод подогревают нитью накала, то делают два вывода от нити накала и один от катода.

Внутри баллона лампы создается очень высокий вакуум, вполне достаточный для того, чтобы электроны могли беспрепятственно вылетать из раскаленного катода. Поэтому, если катод диода нагреть до нужной температуры, из него начнется электронная эмиссия и электроны образуют вокруг катода электронное «облачко». Образование этого облачка объясняется тем, что электроны, вылетающие из катода, испытывают отталкивающее действие со стороны ранее вылетевших электронов, поэтому они не могут отлететь на значительное расстояние от катода. Часть электронов, имеющих наименьшие скорости, падает обратно на катод.

Электрод – анод предназначен для использования электронов, вылетающих из катода, и управления ими. С этой целью к катоду и аноду лампы подводится электрическое напряжение, например, от батареи.

Если мы подсоединим плюс источника напряжения к катоду, а минус к аноду, то электроны, вылетающие из раскаленного катода, нельзя будет использовать по двум причинам:

1) Электроны, покинувшие катод с небольшой скоростью, будут возвращаться обратно на катод, который в этом случае имеет положительный заряд и поэтому будет стремиться притянуть к себе отрицательно заряженные электроны;

2) Электроны, получившие при вылете достаточно большую скорость и концентрирующиеся в виде электронного облачка вокруг катода, окажутся бесполезными, так как отрицательно заряженный анод лампы не только не будет притягивать, но и наоборот – станет их отталкивать обратно к катоду.

Иначе будет обстоять дело тогда, когда мы присоединим плюс источника напряжения к аноду, а минус – к катоду. Электронам будет сообщаться дополнительная энергия, в результате чего электроны будут покидать катод и направляться к аноду. Через лампу будет протекать анодный ток.

Внутри лампы электроны движутся от катода к аноду и, в соответствии с техническим направлением электрического тока следует считать, что через лампу анодный ток протекает от анода к катоду.

Главная особенность электровакуумного диода – односторонняя проводимость.