|
Режим работы диода с нагрузкой графоаналитически рассчитывается так же, как и для полупроводникового диода. Однако обычно
нельзя пренебрегать падением напряжения на вакуумном диоде, так как оно в зависимости от типа диода составляет единицы, десятки
и даже сотни вольт.
Все сказанное о работе выпрямительных схем с полупроводниковыми диодами можно повторить для схем выпрямления с помощью
вакуумных диодов. Особенность вакуумных диодов — отсутствие обратного тока. Вакуумные диоды для выпрямления переменного
тока электросети (кенотроны) могут работать при высоких обратных напряжениях — сотни и тысячи вольт. Поэтому нет необходимости
в последовательном соединении кенотронов.
Для кенотронов, работающих в выпрямителях, опасно короткое замыкание нагрузки. В этом случае все напряжение источника
будет приложено к кенотрону и анодный ток станет недопустимо большим. Происходит перегрев катода и его разрушение. Анод
также перегревается. Ухудшается вакуум за счет выделения газов из перегретых электродов. Газ ионизируется. Положительные
ионы бомбардируют катод, способствуя его перегреву и разрушению.
При выпрямлении токов очень высокой частоты вредно влияет емкость анод — катод диода Са-к. Она состоит из емкости между
электродами и емкости между выводными проводниками.
Значение Са-к достигает единиц пикофарад у маломощных диодов. На низких частотах эта емкость шунтирующего влияния
не оказывает, так как ее сопротивление составляет миллионы Ом. А на частотах в десятки мегагерц и выше сопротивление емкости
становится соизмеримым с внутренним сопротивлением диода и даже меньше его. Тогда переменный ток проходит через эту емкость
и выпрямляющее действие диода ухудшается.
Например, если диод имеет Ri = = 500 Ом и Са-к = 4 пФ, то при частоте 200 Гц сопротивление
емкости
хс = 1/(ω Са-к) = 1012/(2π·200·4) ≈ ≈200·106
Ом = 200 МОм.
Практически через такое сопротивление ток не проходит. Зато при f = 200 МГц сопротивление хс станет
равным 200 Ом и будет сильно шунтировать диод.
Для диодов надо учитывать максимальные допустимые значения их параметров.
Если в секунду на анод попадает N электронов и каждый из них обладает энергией mv2/2,
то мощность, отдаваемая электронным потоком на нагрев анода,
Ра = Nmv2/2. (16.9)
Энергию электроны получают от ускоряющего поля. Пренебрегая их начальной энергией, можно считать, что mv2/2
≈ qua. Тогда
Ра = Nqua. (16.10)
Произведение Nq есть количество электричества, попадающее за 1 с на анод, т. е. анодный ток iа.
Поэтому окончательно
Ра = iaua. (16.11)
Мощность Ра — это потерянная мощность, так как нагрев анода бесполезен и даже вреден. Принято называть
Ра мощностью, выделяемой на аноде, или мощностью потерь на аноде. Не следует эту мощность считать максимальным
допустимым параметром лампы, так как она может иметь самые различные значения в зависимости
от анодного напряжения. Анод нагревается также за счет теплового излучения катода, но Ра есть только мощность
электронной бомбардировки. Чем больше Ра, тем сильнее нагрев анода. Он может накалиться докрасна и даже
расплавиться.
Максимальная допустимая мощность Pamax зависит от размеров, конструкции, материала анода
и способа его охлаждения и составляет от долей ватта до многих киловатт. Чтобы анод не перегревался, должно соблюдаться условие
Pa ≤ Pamax (16.12)
При импульсном режиме мгновенная мощность, выделяемая на аноде, может быть очень большой, но средняя мощность не должна
превышать Pamax.
Анодный ток диодов обычно состоит из отдельных импульсов. Максимальное допустимое значение тока для диодов с оксидным
катодом обусловлено разрушением оксидного слоя. Для каждого типа диодов характерен максимальный допустимый импульс анодного
тока Iamax В диодах для импульсной работы значение Iamax весьма велико, тем больше,
чем меньше длительность импульсов и чем больше паузы между ними.
Пульсирующий анодный ток диодов имеет постоянную составляющую Ia ср, которую называют
постоянным выпрямленным током. Важным параметром диода является максимальный допустимый постоянный выпрямленный
ток Ia срmax.
При работе диода в выпрямителе в течение некоторого времени (часть периода) к диоду приложено отрицательное анодное напряжение,
называемое обратным. Важным параметром является максимальное допустимое обратное напряжение Uобрmax.
Обратное напряжение не должно превышать максимального допустимого:
Uобр ≤ Uобрmax (16.13)
Если Uобр больше Uобрmax, то возможен пробой изоляции, электростатическая
эмиссия из анода и выход диода из строя. Кенотроны для высоковольтных выпрямителей имеют Uобрmax
до десятков киловольт, маломощные диоды — не более 500 В.
|
