Радио и телевидение?.. Это очень просто! - Айсберг Евгений Давыдович - Страница 21

Рис. 62. В диоде с косвенным накалом на анод подается положительный относительно катода потенциал, что позволяет ему притягивать испускаемые катодом электроны.

Н. — Будучи положительной, пластина притянет к себе вылетающие электроны. И если источник постоянного напряжения включен между испускающим электроны электродом и притягивающей их пластиной, то потечет постоянный ток по цепи, одним из участков которой будет вакуум. Это, однако, потрясающе!

Л. — Так устроен электровакуумный диод. Он имеет два электрода: тот, который излучает электроны и обладает отрицательным потенциалом, называется катодом, а другой, обладающий положительным потенциалом, называется анодом.

В выпускаемых в настоящее время лампах (рис. 63) катод чаще всего располагают на вертикальной оси колбы, а анод, имеющий форму цилиндра, окружает катод со всех сторон.

Рис. 63. Устройство диода.

1 — нить накала; 2 — катод; 3 — анод.

Н. — А для чего может служить диод?

Л. — Представь себе, что ты ошибся: перепутал полюсы при включении батареи для создания напряжения между катодом и анодом. Анод стал отрицательным по отношению к катоду. Что тогда произойдет?

Н. — Став отрицательным, анод вместо того, чтобы притягивать испускаемые катодом электроны, станет их отталкивать. Следовательно, через диод ток протекать не будет.

Л. — Верно, а теперь предположим, что вместо батареи ты включил между электродами диода источник переменного напряжения.

Н. — Хорошо. Я вижу, к чему ты хочешь меня подвести. В этом случае при полупериодах, делающих анод положительным, от катода к аноду будет протекать ток. А при полупериодах, делающих анод отрицательным, тока не будет.

Л. — Как ты видишь, наш диод пропускает ток лишь в одном направлении и позволяет выпрямлять переменный ток. Эта способность выпрямлять ток — очень ценное для радиотелефонии качество. Ты помнишь, какую форму имеет несущий высокочастотный ток, модулированный токами низкой частоты, полученными в результате преобразования звуков в электрические сигналы. Такой модулированный ток наводит во входном настроенном контуре приемника напряжение такой же формы.

Приложим это напряжение между анодом и катодом диода. Оно будет выпрямлено; через диод пройдут только те полупериоды, при которых анод становится положительным.

Пропустим полученный таким образом ток через телефон, включенный параллельно конденсатору (рис. 64). Емкость этого конденсатора примет на себя полупериоды высокой частоты и таким образом восстановит ток низкой частоты, содержащий передаваемые по радио звуки. Ты услышишь их в телефоне. Такой приемник называют детекторным. В этом случае диод детектирует ток высокой частоты. Благодаря такому детектированию из тока высокой частоты выделяется использовавшийся для его модуляции ток низкой частоты.

Рис. 64. Схема детекторного приемника (а) и формы токов (б).

1 — модулированный высокочастотный ток, наведенный в антенне; 2 — продетектированный диодом ток; 3 — ток низкой частоты, выделенный конденсатором С.

Н. — Одним словом, если я правильно понял, основная роль диода заключается в выпрямлении тока, что позволяет детектировать токи, наведенные радиоволнами.

Л. — Да, и попутно отметь, что детектировать можно не только электровакуумным диодом, но и любым другим устройством, способным выпрямлять ток.

Комментарий профессора Радиоля

ОТ ЭЛЕКТРОВАКУУМНОГО ДИОДА К ТРИОДУ

Профессор Радиоль прежде всего дополняет объяснения своего племянника и дает некоторые уточнения относительно работы электровакуумного диода. Затем он описывает устройство триода, его основные параметры, характеристики и рассматривает возможность его использования для усиления токов высокой частоты.

Я с удовольствием отмечаю, Незнайкин, что ты очень хорошо понял принцип работы электронного диода. К рассказу моего племянника я добавлю несколько уточнений. И прежде всего приведу цифры.

Температура и вакуум

Сначала я скажу тебе, до какой температуры нужно нагревать катоды. В лампах с непосредственным накалом катод часто изготовляют из вольфрама — он раскаляется до температуры 2000 °C. В лампах с косвенным накалом окислы хорошо испускают электроны при менее высоких температурах, обычно между 800 и 900 °C.

Любознайкин сказал тебе, что в лампе создастся вакуум. Действительно, количество воздуха уменьшают в десяток миллиардов раз. Однако даже при таком низком давлении в лампе содержатся десятки триллионов молекул воздуха. В каждом кубическом миллиметре их насчитывается около 80000.

Успокойся: плотность молекул в этих условиях ничтожна. Ведь размеры молекул настолько микроскопические, что среднее расстояние между двумя соседними молекулами в 20 000 раз больше их диаметра. Это означает, что электроны свободно преодолевают расстояние между катодом и анодом, не сталкиваясь с молекулами воздуха. И это очень важно. Так как если электрон проникает в одну из молекул, то своим присутствием и своим зарядом делает, ее отрицательной. Тогда говорят, что молекула ионизирована отрицательно. Превратившаяся таким образом в ион молекула притягивается анодом, который заряжает ее положительно. А слой молекул воздуха, который может образоваться в результате таких процессов вокруг анода, совершенно нежелателен.

Насыщение тока

Какова скорость, с которой электроны пролетают пустое пространство между катодом и анодом? Они не встречают никакого препятствия и поэтому преодолевают это пространство с приличной скоростью. Если анод имеет потенциал Ua = 200 В относительно катода, скорость движения электронов составляет 9000 км/с. Как ты помнишь, в проводниках индивидуальная скорость электронов (не путай со скоростью всей массы электронов, образующей электрический ток) несколько ниже.

А теперь перейдем к определению величины анодного тока. Она, разумеется, зависит от напряжения Ua между анодом и катодом. Чем выше положительный потенциал анода относительно катода, тем сильнее притягивает он испускаемые катодом электроны, тем больше величина протекающего тока. Здесь мы еще раз видим цепь, подчиняющуюся закону Ома (рис. 65).

Рис. 65. Изменение анодного тока в зависимости от изменения напряжения между анодом и катодом. Достигнув насыщения в точке S, ток больше не увеличивается.

Однако при повышении напряжения Ua за пределы некоторой величины этот закон перестает действовать. При этом анодный ток Iа достигает насыщения: все испускаемые катодом электроны притягиваются анодом. Можно сколько угодно повышать потенциал анода, но ток при этом не возрастет.