ВАКУУМДЕГІ ЭЛЕКТР ТОГЫ. ДИОД

Жартылай өткізгіштердің сирек кездесетін қасиеттері ашылғанға дейін радиотехникада тек электрондық шамдар ғана қолданылып келді. Қазір де кеңінен қолданылып жүрген бұл шамдардағы, сол сияқты электронды-сәулелік түтікшелердегі электро­ндар вакуумде қозғалады. Ыдыстың бір қабырғасынан екінші қабырғасына дейін газ молекулалары бір-бірімен ешбір соқтықпайтындай етіп ыдыстағы газды copy арқылы сиретуге болады. Түтіктегі газдың мұндай күйін вакуум деп атайды.

Вакуумдегі электронаралық өткізгіштікті түтікке зарядты бөлшектер көзін енгізу арқылы ғана қамтамасыз етуге болады.

Термоэлектрондық эмиссия. Ең алдымен мұндай зарядты бөлшектер көзінің әсері жоғары температураға дейін қыздырылған денелердің электрондар шығару қасиетіне негізделген. Оны электрондардың металл бетінен булануы деп карастыруға болады. Көптеген қатты заттардың термоэлектрондық эмиссиясы сол заттың өзінің булануы басталмайтын температурада пайда болады. Катод міне осындай заттардан дайындалады.

Біржақты өткізгіштік. Термоэлектрондык эмиссия құбылысындағы кызған металл электродтың суык электродтан айырмашылығы ол үздіксіз электрондар шығарады. Электрондар электродтың маңайында электрондық бұлт құрады, оның үстіне бұл жағдайда электрод оң зарядталады. Осы зарядты бұлттың электр өрісінің әсерінен электрондардың біразы бұлттан электродқа қайта оралады.

Тепе-теңдік күйде секундына электродтан кеткен электрондардың саны сол уакыт ішінде электродқа қайта оралған элек­трондар санына тен, болады. Температура артқан сайын электрондық бұлттың тығыздығы да жоғары болады.

Ішінен ауасы сорып алынған ыдыска дәнекерленген ыссы және салқын электродтардың арасындағы айырмашылық олардың арасындағы электр тогының біржақты өткізгіштігін қамтамасыз етеді.

Электродтарды ток көзіне қосқанда олардың арасында электр тогы пайда болады. Егер токтың оң полюсі суық электродпен (анодпен), ал терісі - қызған катодпен қосылса, онда электр өрісінің кернеулігі қызған электродқа қарай бағытталады. Осы өрістің әсерінен электрондардың бір бөлігі электрондық бұлттан шығып салқын электродқа қарай қозғалады. Электр тізбегі тұйықталады да, электр тогы жүреді. Ток көзінің полюстерін кері қосқанда өрістің кернеулігі қызған катодтан сұйык анодқа қа­рай бағытталады. Электр өрісі бұлттың электрондарын кері катодка карай тебеді. Тізбек ажырайды да, ток өтпейді.

Диод. Бір жақты өткізгіштік, екі электродты электрондык приборларда - вакуумдык, диодтарда қолданылады.

Қазіргі кездегі вакуумдық диодтың (электрондык шамның) кұрылысы төмендегідей. Ішіндегі ауаның қысымы 10^-6-10^-7 мм. сын. бағ.-на дейін сорып алынған шыны немесе металлы кера­мика баллонный, ішіне екі электрод (2-сурет) орнатылған. Оның біреуі - катод - түрі вертикаль орнатылған металл ци­линдр. Әдетте, оны жерсілті металдардың тотығы - барий, строн­ций, кальций қабаты жауып тұрады. Мұндай катодты оксидтелген катод деп атайды. Қыздырғанда таза металл катодка карағанда оксидтелген катодтың беті электрондарды едәуір көп бөліп шығарады. Катодтың ішіне айнымалы токпен қыздырылатын изоляцияланған өткізгіш орнатылады. Қызған катод электрондар шығарады. Егер анодтың потенциалы катодтан жоғары болса, ол электрондар анодқа жетеді.

Шамның аноды катодпен осі ортақ дөңгелек немесе сопақша цилиндр тәрізді болып келеді. Диодтың сызбанұсқасы 1-суретте көрсетілген.

1-сурет

Диодтың вольт-амперлік сипаттамасы. Кез келген электрондық құрылғының маңызды қасиеттері оның вольт-амперлік сиаттамасынан көрінеді, яғни ток күшінің осы құрылғының қысқыштарындағы потенциалдар айырмасына тәуелділігі болып келеді. Диодтың вольт-амперлік сипаттамасын 2-суреттегі сызбанұсқасы бойынша құрылған тізбектің көмегімен алуға болады. Металл өткізгіштердің сипаттамасынан айырмашылығы бұл сипаттама сызықтық емес (3-сурет). Вакуумдық диодтың сипаттамасының сызықтық болмауының негізгі себебі, диод кеңістігіндегі ток құрайтын еркін электрондарды электродтардың біреуі шектелген мөлшерде шығарады. Бұған коса электродтардағы зарядтардың құрған өрісімен қатар электрондардың қозғалысына катодтың электрондык бұлттарының кеңістік зарядының өрісі де айтарлықтай әсер етеді.

2-сурет

3-сурет

Анод пен катодтың арасындағы кернеу неғұрлым жоғары бол­са, электрондық бұлттың кеңістік заряды соғұрлым аз болады да, анодка жететін электрондар саны көбейеді, олай болса шамның ток күші артады. Егер катод оксидтік кабатпен капталмаған болса, онда жеткілікті жоғарғы кернеуде катодта шыққан барлык электрондар түгелімен анодқа жетеді де, әрі карай кернеу артса да ток өзгермейді, сөйтіп қанығу басталады (4-суреттегі пунктир сызық). Егер катодтың температурасын арттырсақ (мұны қыздыру тізбегіндегі реостат кедергісін өзгерту арқылы істеуғе болады) онда катодтан ұшып шығатын электрондар саны көбейеді. Катодтың айналасындағы электрондык бұлт тығыздалады. Қанығу тогы анод пен катодтың арасындағы кернеу үлкен болғанда басталады да, қанығу тогының күші арта­ды (4-суреттегі екінші пунктир сызық). Оксидті катоды бар электрондык шамдарда канығу тогына жетуге болмайды, өйткені ол үшін катод бүлінетіндей жоғары потенциалдар айырмасы керек.

4-сурет

Вакуумдық диодтар жартылай өткізгішті диодтармен қатар айнымалы электр тогын түзету үшін қолданылады.

Электр тогын вакуумда болдыру үшін арнайы зарядты бөлшектердің көзі кажет. Мұндай заряд көздерінің жұмыс принципі термоэлектрондык эмиссияға негізделген. Екі электродты вакуумдық кұрал - диодтың біржакты өткізгіштік қабілеті бар. Оның осы қасиеті айнымалы токты түзетуге колданылады.

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев. Физика. -Алматы, 1998. -256 бет.