Катод — определение и практическое применение

Содержание

Катод на аккумуляторе, гальваническом элементе, в диоде и в других приборах. Катод при электролизе водного и иного раствора. Процессы на катоде:

Катод (от греч. κάθοδος – «ход вниз; нисхождение») – это электрод некоторого прибора, из которого вытекает электрический ток (в его конвенциональном понимании как поток положительных зарядов), в противоположность аноду в который он втекает.

Катод в электрохимии (при электролизе) – это электрод, на котором происходят реакции восстановления. Например, при электролитическом рафинировании металлов (меди, никеля, цинка и пр.) на катоде осаждается очищенный металл. Получаемый металл также именуется катодом (катод медный, катод никелевый, катод цинковый и т.п.) и используется для последующего изготовления металлической продукции (проволоки, фольги, порошка, изделий и пр.).

Катод в вакуумных электронных приборах катод – это электрод, который является источником свободных электронов, обычно вследствие термоэлектронной эмиссии. В электронно-лучевых приборах катод входит в состав электронной пушки. Различают катоды прямого накала, где нить накала непосредственно является источником электронов, и косвенного, где катод подогревается через керамический изолятор.

Термоэлектронная эмиссия – это явление выхода электронов из твёрдого тела, металла или карбидов или боридов переходных металлов в свободное пространство, обычно в вакуум или разрежённый газ при нагреве его до высокой температуры. Заметная эмиссия электронов наблюдается при нагреве чистых металлов только до температур свыше 900 К.

Катод в полупроводниковом приборе (диоде, тиристоре) – это электрод, подключенный к отрицательному полюсу источника тока, когда при приложении прямого напряжения прибор открыт (то есть имеет маленькое сопротивление и через прибор течёт прямой ток).

Катод химического источника тока (в аккумуляторе и ином гальваническом элементе) в соответствии с ГОСТ 15596-82 «Источники тока химические. Термины и определения (с Изменением № 1)» – это электрод химического источника тока, на котором протекают восстановительные процессы.

Электрический ток в металлах

При прохождении тока металлы нагреваются. В результате чего ионы кристаллической решетки начинают колебаться с большей амплитудой вблизи положений равновесия. В результате этого поток электронов чаще соударяется с кристаллической решеткой, а следовательно возрастает сопротивление их движению. При увеличении температуры растет сопротивление проводника.

Катод — определение и практическое применение

Каждое вещество характеризуется собственным температурным коэффициентом сопротивления — табличная величина. Существуют специальные сплавы, сопротивление которых практически не изменяется при нагревании, например манганин и константан.

Явление сверхпроводимости. При температурах близких к абсолютному нулю (-273C) удельное сопротивление проводника скачком падает до нуля. Сверхпроводимость — микроскопический квантовый эффект.

Понятие анода и катода

Для лучшего понимания терминов дадим определения этих понятий.

Анод

Под данным термином будем подразумевать электрод, по которому электрический ток втекает в разглядываемый прибор. При этом подразумевается, что электрический ток образуется потоком положительных зарядов. В действительности, по металлическим проводникам перемещаются электроны (носители отрицательных зарядов), которые движутся в сторону положительного полюса источника электрического тока.

Проще говоря, положительным электродом будем считать анод, а отрицательным электродом – катод. При подключении радиоэлементов следует соблюдать их полярность, руководствуясь обозначениями на схемах.

Катод

Это электрод, по которому электрический ток вытекает с прибора (подразумевается конвенциальное понимание тока, в виде потока положительных зарядов). Таким образом, если к аноду подключается провод с положительным потенциалом, то к катоду – клеммы с отрицательными потенциалами.

Вышеуказанные термины применяются по отношению к гальваническим элементам. В гальванике анод – это электрод, на поверхности которого проходит реакция окисления металла. Названия электродов встречаются:

  • в химии;
  • физике;
  • электротехнике;
  • радиоэлектронике.

При монтаже радиодеталей очень важно не перепутать электроды. Для этого необходимо знать, как определить их назначение

Анод и катод в вакуумных электронных приборах

Характеристики диодов Шоттки in5822

Электронная лампа является простейшим вакуумным устройством. Она состоит из следующих деталей:

  • катода;
  • сетки;
  • анода.

Три этих элемента составляют вакуумный диод. У него «К» цилиндрической формы, внутри которого располагается нить накаливания. Она подогревает «К» для увеличения термоэлектронной эмиссии. В таких приборах электроны покидают «К» и в вакууме направляются к «А», тем самым создавая электрический ток. Анод – это электрод лампы с положительным потенциалом. Он выполняется в виде короба окружающего сетку и «К». Может быть из молибдена, тантала, графита, никеля. Его конструкция различна, порой имеет рёбра для теплоотвода.

Сетка – элемент, расположенный посередине, управляет потоком частиц. Чаще всего она выполнена в виде спирали, обвивающей катод.

Катод — определение и практическое применение
«А» и «К» у вакуумного диода

Прямое подключение диода

Подключим источник постоянного тока к противоположным выводам диода. То есть плюс источника тока присоединить к p-стороне диода. Минус источника питания к n-стороне. Ситуация изменится. Предположим, что источник тока имеет напряжение достаточное для того, чтобы преодолеть потенциальный барьер. После этого электроны и дырки будут как бы притягиваться к питающим клеммам источника тока. На противоположные стороны диода. Когда электроны пересекают барьер, то теряют энергию и заменяют дырки в акцепторной области. Дырки напротив перемещаются в донорную область и там замещаются электронами. Свободных носителей много. Обедненной области нет. Потенциальный барьер практически исчезает. Сопротивление пограничного участка становится очень маленьким. Ток повышается. Данное явление называется прямым смещением диода. Или же прямое включение диода.

Катод — определение и практическое применение

Прямое подключение диода

Давайте будем изменять входное напряжение и посмотрим как это скажется на диоде. При напряжении обратного подключения через диод будет течь электрический ток небольшой силы. В условиях прямого подключения до 0,7 вольта, мы также будем наблюдать только незначительный электрический ток. Но сразу же после повышения напряжения до значений достаточных для преодоления потенциального барьера мы увидим резкое увеличение тока.

Если приложить к диоду очень высокое напряжение при обратном подключении, то это повредит обычные диоды. При повреждении диоды ведут себя различно. К примеру, они могут начать хорошо проводить ток в обоих направлениях. Или же почти перестают проводить ток в обе стороны. Иногда, при определенных обстоятельствах, поврежденные диоды могут даже самовосстанавливаться .

Диод — анод (плюс) и катод (минус)

Диод — полупроводниковый прибор с односторонней проводимостью. То есть, диод работает как клапан одностороннего действия для электрического тока. Это позволяет использовать диоды разными интересными способами. Например, в выпрямительном мосте, для выпрямления переменного тока. Выпрямительный диодный мост — это устройство из четырех диодов. Диоды располагаются в схеме определенным образом.

Диодный выпрямительный мост — положительный полупериод

С одной стороны к диодному мосту подключается источник переменного тока. С другой стороны к нему подключается нагрузка, требующая питания током постоянным. Как известно, переменный ток частотой 50 Герц 100 раз в секунду меняет свое направление течения. Во время положительного полупериода он течет в одном направлении. И в это время проходимость в цепи будет такой как показано на схеме. Ток будет проходить по двум диодам находящимся в положении прямого смещения. Два других диода будут находиться в состоянии обратного смещения.

Популярные статьи  Основные виды релейной защиты

Катод — определение и практическое применение

Диодный выпрямительный мост — отрицательный полупериод

Во время отрицательного полупериода произойдет обратное. Таким образом мы получим ток такого же направления на выходе. В результате, через нагрузку в любом случае ток будет течь только в одном направлении. То есть мы получим выпрямленный пульсирующий ток. Мы можем обеспечить еще большее выпрямление на выходе добавив емкостный фильтр и регулятор напряжения.

Существует очень большое количество различных видов диодов. Мы постараемся рассмотреть все случаи их применения на практике. А также исключения из правил. И другие интересные подробности.

Для вашего удобства подборка похожих публикаций

Спасибо за посещение канала и чтение заметки

Вы можете подписаться на канал и поставить лайк. Если хотите больше похожих материалов в ленте Яндекс Дзен

Почему существует путаница

Всё происходит от того, что нет чёткой привязки минуса и плюса к компонентам, которые называются «К» и «А». Ещё Майкл Фарадей придумал простое правило маркировки полярности для этой пары электродов. Что такое анод, по его объяснениям? Учёный при запоминании определения предлагал проводить аналогию с Солнцем. Куда ток входит (восход) – это анод, куда ток выходит (закат) – это катод. У аккумуляторов полярность на аноде и катоде изменяется от того, работает он как гальванический элемент (при разряде) или как электролизёр (при заряде).

Сварка постоянным током также неоднозначно определяет «А» и «К» при зажигании дуги прямой или обратной полярностью.

Катод — определение и практическое применение
Знаки «А» и «К» при сварке постоянным током

Практическое применение в производстве

Такой электрохимический процесс, как электролиз, примеры которого можно увидеть повсеместно, является неотъемлемой частью промышленности:

  • получение химически чистого сырья: фтор, хлор, щёлочи, чистые водород и кислород и т.д.;
  • применение электролиза в гидрометаллургии: переработка сырья с содержанием металлов;
  • элекрорафинирование (применение растворимых анодов) для окончательной очистки металлов;
  • электроэкстракция (использование нерастворимых анодов) для выделения нужных металлов из растворов;
  • гальванические процессы: гальванопластика и гальваностегия.

Информация. Процессы электролиза не протекают бесконтрольно. В цепь электролизёра включают медный кулонометр. Единица измерений прибора – 1 Кл (кулон). В этом случае контролируется количество результата (продукта) анодных, катодных реакций при 100%-ном выходе по току, необходимому для прохождения реакций.

Гальваностегия – способ электрохимического покрытия металлических поверхностей другими металлами:

  • сталь подвергают никелированию, хромированию, оцинкованию;
  • медь покрывают серебром, никелем и иными металлами.

Поверхность основания обрабатывают так, чтобы покрытие держалось крепко и защищало конструкцию от влияния внешних факторов. В то же время изделиям придавался эстетический вид.

Гальванопластика позволяет получать точные копии заготовки, выполненные из благородных металлов. Широко используется при изготовлении матриц, копий со скульптур, ювелирных изделий, деталей сложной геометрии

При этом способе важно, чтобы заготовка отделилась от покрытия

Катод — определение и практическое применение
Украшения после гальванопластики

Электролиз открывает широкие возможности для работы с металлами и электролитами. При помощи этого процесса можно самостоятельно выполнять работы не только в области гальванотехники, но и получать чистые металлы в небольших количествах. При этом не стоит путать самопроизвольные химические реакции в гальванических элементах и реакции, протекающие в электролизёрах.

Принцип торможения противотоком

Мотор отключается от электросети, и пока ротор продолжает вращаться, вновь подключается противофазой. Такая система создаёт эффективный момент блокировки, обычно превышающий пусковой момент.

Между тем, этот эффективный момент торможения должен быть быстро нивелирован, чтобы двигатель после остановки не вращался в противоположном направлении. Несколько устройств контроля и автоматики привлекаются для обеспечения замедления вращения вала электродвигателя до его полной остановки:

Торможение двигателя с короткозамкнутым ротором

Прежде чем выбирать систему противотока для асинхронного мотора с КЗ ротором, важно обеспечить устойчивость двигателя к противоточному способу с учётом требуемой нагрузки. Помимо механических напряжений, этот процесс подвергает ротор воздействию высоких тепловых нагрузок, так как энергия, выделяемая при каждой операции, рассеивается в теле ротора

Помимо механических напряжений, этот процесс подвергает ротор воздействию высоких тепловых нагрузок, так как энергия, выделяемая при каждой операции, рассеивается в теле ротора.

Тепловое напряжение на противотоке в три раза больше, чем при наборе скорости вращения. Здесь пики тока и крутящего момента заметно выше, если сравнивать с моментом пуска.

Катод — определение и практическое применение
Принцип методики противоточного воздействия на схему электродвигателя с целью быстрого замедления хода с последующей остановкой. Слева — нормальный рабочий цикл. Справа — цикл замедления и останова

Поэтому для обеспечения плавного останова двигателя системой противотока, как правило, последовательно с каждой фазой статора устанавливают резистор. Благодаря такому добавлению, при переключении уменьшается крутящий момент и ток, до значений, равных тем, что отмечаются на статоре в режиме пуска.

Однако противоточная система торможения имеет ряд серьёзных недостатков. Поэтому этот способ для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором используется в редких случаях и преимущественно на маломощных моторах.

Противоточное торможение на двигателях с фазным ротором

Чтобы ограничить ток и крутящий момент, прежде чем статор будет переключен на противоточный ход, крайне важно использовать резисторы ротора, используемые для запуска. При этом следует периодично добавлять дополнительную резистивную секцию торможения

При правильно подобранном значении роторного резистора, регулировать тормозной момент до требуемого значения несложно

При этом следует периодично добавлять дополнительную резистивную секцию торможения. При правильно подобранном значении роторного резистора, регулировать тормозной момент до требуемого значения несложно.

Подробности

Процесс электролиза или заряда аккумулятора

Такие процессы походи и обратные гальваническим элементам, так как тут не энергия попадает за счет реакции химического характера, а даже наоборот – химическая реакция будет происходить благодаря внешнему источнику электричества. В таком случае плюсом источника питания все еще будут называть катодом, а минус анодом. А вот контакты заряжаемого элемента гальваники или электроды электролизера уже способны носить противоположные наименования, и следует разобраться, почему.

Так как ток от положительного вывода источника питания будет поступать на положительный вывод аккумулятора – последний кстати уже не сможет быть катодом. Ссылаясь на сказанное выше, можно сделать выводы, что в таком случае аккумуляторные электроды при зарядке символически меняют местами. В таком случае через электрод заряжаемого элемента гальваники, в который втекает ток электричества, называют анодом. Итак, при зарядке плюс аккумулятора станет анодом, а минус будет катодом.

Гальванотехника

Катод — определение и практическое применение
Процессы металлического осаждения в результате реакции химического типа под действием электрического тока (при процессе электролиза) называют гальванотехникой. Получается, что мир начал получать золоченные, посеребренные, хромированные или даже покрытые иными металлами украшения, а еще детали. Такой процесс применяют в роли декоративных, а еще в прикладных целях – для того, чтобы улучшать устойчивость к коррозии разных узлов и механизмов агрегатов. Метод работы действия установок для нанесения покрытия гальванического типа будет лежать в применении растворов солей элементов, которыми станут покрывать деталь, в роли электролита.

Определить, где анод, а где катод в гальванике тоже важно. Именно в этом случае анод будет являться электродом, к которому подключаются положительный вывод источника питания, а получается, катод в таком случае станет минусом

При этом металл будет осаждаться (восстанавливаться) на минусовом электроде (речь идет про реакцию восстановления). Получается, что есть вы желаете изготовить позолоченное кольцо собственноручно – подключите к нему отрицательный вывод блочка питания и поместите в емкость с требуемым растворителем.

В электронике

Ножки или электроды полупроводниковых, а еще вакуумных электронных устройств крайне часто называют катодом и анодом. Предлагаем рассмотреть условное обозначение графического типа полупроводникового диода по схеме. Как видите, анод у диода подключают до плюса батареи. Он так называется по той причине – в такой вывод у диода в любом случае будет втекать ток. На настоящем элементе на катоде будет маркировка в воде точки или полоски. Со светодиодом все аналогично, и на 0.5 см светодиодах внутренности видны через колбу. Та половина, что больше является катодом. Аналогичным образом будет обстоять ситуация даже с тиристором, назначение вывод и однополярное использование таких трехногих компонентов делает его управляемым диодом.

Популярные статьи  Температура плавления свинца

Обозначение в электрохимии и цветной металлургии

Что такое диод — принцип работы и устройство

Понятие анодов в электролитических процессах применимо в отношении положительно заряженных электродов. Электролиз, с помощью которого выделяются или очищаются различные химические элементы, – это влияние электрического тока на электролит. Электролитом выступают растворы солей или кислот. Другим электродом, участвующим в этой реакции, выступает катод.

Внимание! На отрицательно заряженном катоде (К) осуществляется реакция восстановления, на аноде (А) – процесс окисления. При этом «А» может частично разрушаться, участвуя в очищении металлов от нежелательных добавок

В металлургической промышленности аноды используют при нанесении защитных слоёв на продукт электрохимическим методом (гальваника) или электро-рафинированием. Электрическое очищение позволяет растворять на «А» черновой металл (с примесями) и осаждать его на «К» уже в очищенном виде.

Ряд часто применяемых анодов – изготовленные из металлов:

  • цинка;
  • меди;
  • никеля;
  • кадмия;
  • свинцовые (сплав свинца с сурьмой);
  • серебра;
  • золота;
  • платины.

Никелирование, оцинкование и прочее нанесение защитных или эстетически востребованных покрытий на изделия выполняются в основном из недрагоценных металлов.

С помощью «А» из драгметаллов повышают электропроводность компонентов электрических изделий и наносят слои благородных металлов на ювелирные украшения.

К сведению. Осаждаемый на катоде чистый металл также называют «катодом». Например, чистая медь полученная таким образом именуется «медный катод». Дальше её используют для изготовления медной фольги, проволоки и прочего.

Катод — определение и практическое применение
Рафинирование металлов

Знак анода и катода

Каким знаком обозначается «К», каким «А», зависит от того, какая процедура и в какой области рассматривается. В электрохимии есть два устройства, имеющие различие в обозначении знаками: электролизёр и гальванический элемент.

При электролизе (окислительно-восстановительном химическом взаимодействии под влиянием внешнего ИП) минусом «-» обозначают катод. Именно на нём восстанавливаются металлы, из-за избытка электронов. Плюсом «+», в свою очередь, маркируют анод (положительный электрод), где металлы окисляются из-за недостатка отрицательно заряженных частиц.

Катод — определение и практическое применение
Знаки зарядов при электролизе

В гальваническом элементе окисление происходит без внешнего воздействия электричества. Если взять в качестве примера медно-цинковую батарею, то большое количество электронов (минус) скапливается на аноде. Они при продвижении по внешней цепи участвуют в восстановлении меди. Значит, в этом случае положительным электродом будет катод.

Внимание! У гальванических элементов плюсом является катод, минусом – анод. У электролизёров наоборот – плюсом считают анод, минусом – катод

Катод — определение и практическое применение
Знаки зарядов у гальванической батареи

У полупроводниковых приборов, как знак, так и термин, чётко закреплены за выводами детали. Анод – это «плюс», катод – это «минус» диода.

Режим работы

Использовать электромеханический тормоз для торможения двигателя на ненулевой скорости рекомендуется только в аварийных случаях, поскольку в этом режиме резко повышается износ и нагрев тормозных колодок. Схема должна быть спроектирована таким образом, чтобы тормоз был стояночным, то есть включался только на нулевой скорости. Для этого в ПЧ имеется специальный выход. В таком режиме тормозные колодки почти не изнашиваются и имеют большой ресурс работы.

При частом использовании функции торможения происходит не только износ, но и нагрев тормоза. Если технологический процесс не позволяет сократить число торможений в единицу времени, следует предусмотреть дополнительный обдув тормоза, а также более ответственно подходить к его техобслуживанию.

Другие полезные материалы:

Техобслуживание преобразователя частоты Способы защиты электродвигателей Преимущества и недостатки асинхронного двигателя

Что такое электролиз?

Электролиз представляет собой комплекс специфических процессов в системе электродов и электролита при протекании по ней постоянного электрического тока. Его механизм основывается на возникновении ионного тока. Электролит – это проводник 2-го типа (ионная проводимость), в котором происходит электролитическая диссоциация. Она связана с разложением на ионы с положительным (катион) и отрицательным (анион) зарядом.

Электролизная система обязательно содержит положительный (анод) и отрицательный (катод) электрод. При подаче постоянного электрического тока катионы начинают двигаться к катоду, а анионы – к аноду. Катионами в основном являются ионы металлов и водород, а анионами – кислород, хлор. На катоде катионы присоединяют к себе избыточные электроны, что обеспечивает протекание восстановительной реакции Men+ + ne → Me (где n – валентность металла). На аноде, наоборот, электрон отдается из аниона с протеканием окислительной реакции.

Таким образом, в системе обеспечивается окислительно-восстановительный процесс

Важно учитывать, что для его протекания необходима соответствующая энергия. Ее должен обеспечить внешний источник тока

Кенотронная приставка

Кенотронная приставка представляет собой маслонаполненный цилиндр, внутри которого размещены трансформатор и кенотрон. Сверху приставки установлен трехпредельный микроамперметр для измерения токов утечки с переключателем пределов. Микроамперметр отградуирован на 200, 1000 и 5000 мка. Конструкция экранировки микроамперметра обеспечивает исключение токов утечки самого аппарата при измерении токов утечки во время испытания.

выпрямительные установки, выполненные на кенотронных лампах КР-110, КРМ-150 и КР-220 имеют ряд недостатков: излучение вредных для организма человека рентгеновских лучей; малая величина выпрямленного тока (для перечисленных выше ламп соответственна — 5 мА, 10 мА, 30 мА) наличие накальных трансформаторов в установках увеличивает их вес; неудобства транспортировки, в результате которой кенотронные лампы часто выходят из строя.

Катод — определение и практическое применение

Жертвенный анод

Расходуемые аноды, устанавливаемые «на лету» для защиты металлических конструкций от коррозии.

При катодной защите металлический анод, который более реагирует на коррозионную среду, чем металлическая система, которую необходимо защитить, электрически связан с защищаемой системой. В результате металлический анод частично корродирует или растворяется вместо металлической системы. Например, корпус корабля из железа или стали может быть защищен цинковым анодом , который растворяется в морской воде и предотвращает коррозию корпуса. Жертвенные аноды особенно необходимы для систем, в которых статический заряд создается под действием текущих жидкостей, таких как трубопроводы и плавсредства. Протекторные аноды также обычно используются в водонагревателях резервуарного типа.

В 1824 году, чтобы уменьшить воздействие этого разрушительного электролитического воздействия на корпуса кораблей, их крепления и подводное оборудование, ученый-инженер Хэмфри Дэви разработал первую и до сих пор наиболее широко используемую систему защиты от электролиза для судов . Дэви установил расходуемые аноды, сделанные из более электрически реактивного (менее благородного) металла, прикрепленные к корпусу судна и электрически связанные, чтобы сформировать цепь катодной защиты.

Менее очевидным примером этого типа защиты является процесс цинкования железа. Этот процесс покрывает железные конструкции (например, ограждения) покрытием из металлического цинка . Пока цинк остается неповрежденным, железо защищено от воздействия коррозии. Неизбежно происходит повреждение цинкового покрытия в результате растрескивания или физического повреждения. Когда это происходит, коррозионные элементы действуют как электролит, а комбинация цинка и железа — как электроды. Результирующий ток гарантирует, что цинковое покрытие будет потеряно, но основное железо не подвергнется коррозии. Такое покрытие может защитить железную конструкцию в течение нескольких десятилетий, но как только защитное покрытие израсходовано, железо быстро корродирует.

Если же, наоборот, олово используется для покрытия стали, то при нарушении покрытия оно фактически ускоряет окисление железа.

Популярные статьи  Какой вред от разбитых люминесцентных ламп

Теория

Цель работы

Ознакомиться с основными фотометрическими величинами; ознакомиться с принципом работы фотометра; проверить выполнение закона Ламберта для источника света

Полупроводниковые диоды и стабилитроны

Выпрямительные диоды и стабилитроны представляют собой полупроводниковые приборы с одним электронно-дырочным переходом (p–n-переходом).

Одним из свойств p–n-перехода является способность изменять свое сопротивление в зависимости от полярности напряжения внешнего источника. Причем разница сопротивлений при прямом и обратном направлениях тока через p–n-переход может быть настолько велика, что в ряде случаев, например для силовых диодов, можно считать, что ток протекает через диод только в одном направлении – прямом, а в обратном направлении ток настолько мал, что им можно пренебречь. Прямое направление – это когда электрическое поле внешнего источника направлено навстречу электрическому полю p–n- перехода, а обратное – когда направления этих электрических полей совпадают. Полупроводниковые диоды, использующие вентильное свойство p–n-перехода, называются выпрямительными диодами и широко используются в различных устройствах для выпрямления переменного тока.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) идеализированного p–n-перехода описывается известным уравнением

где \(I_0\) – обратный ток p–n-перехода; \(q\) – заряд электрона \(q=1,6\cdot 10^{-19}\ Кл\); \(k\) – постоянная Больцмана \(k = 1,38⋅10^{-23} Дж\cdot град\); \(T\) – температура в градусах Кельвина.

Графическое изображение этой зависимости представлено на рис. 1.1.

Вольт-амперная характеристика имеет явно выраженную нелинейность, что предопределяет зависимость сопротивления диода от положения рабочей точки.

Различают сопротивление статическое \(R_{ст}\) и динамическое \(R_{дин}\). Статическое сопротивление \(R_{ст}\), например в точке А (рис. 1.1), определяется как отношение напряжения \(U_A\) и тока \(I_A\), соответствующих этой точке: \(R_{ст} = \frac{U_A}{I_A} = tg{\alpha}\)

Динамическое сопротивление определяется как отношение приращений напряжения и тока (рис. 1.1): \(R_{дин} = \frac{\Delta U}{\Delta I}\);

Рис. 1.1

При малых значениях отклонений \(∆U\) и \(ΔI\) можно пренебречь нелинейностью участка АВ характеристики и считать его гипотенузой прямоугольного треугольника АВС, тогда \(R_{дин} = tgβ\).

Если продолжить линейный участок прямой ветви вольт-амперной характеристики до пересечения с осью абсцисс, то получим точку \(U_0\) – напряжение отсечки, которое отделяет начальный пологий участок характеристики, где динамическое сопротивление \(R_{дин}\) сравнительно велико от круто изменяющегося участка, где \(R_{дин}\) мало.

При протекании через диод прямого тока полупроводниковая структура нагревается, и если температура превысит при этом предельно допустимое значение, то произойдет разрушение кристаллической решетки полупроводника и диод выйдет из строя. Поэтому величина прямого тока диода ограничивается предельно допустимым значением \(I_{пр.max}\) при заданных условиях охлаждения.

Если увеличивать напряжение, приложенное в обратном направлении к диоду, то сначала обратный ток будет изменяться незначительно, а затем при определенной величине \(U_{проб}\) начнется его быстрое увеличение (рис. 1.2), что говорит о наступлении пробоя p–n-перехода. Существуют несколько видов пробоя p–n-перехода в зависимости от концентрации примесей в полупроводнике, от ширины p–n-перехода и температуры:

  • обратимый (электрический пробой);
  • необратимые (тепловой и поверхностный пробои).

Необратимый пробой для полупроводникового прибора является нерабочим и недопустимым режимом.

Рис. 1.2

Поэтому в паспортных данных диода всегда указывается предельно допустимое обратное напряжение \(U_{проб}\) (напряжение лавинообразования), соответствующее началу пробоя p–n-перехода. Обратное номинальное значение напряжения составляет обычно \(0,5\ U_{проб}\) и определяет класс прибора по напряжению. Так, класс 1 соответствует 100 В обратного напряжения, класс 2 – 200 В и т. д.

В некоторых случаях этот режим пробоя используют для получения круто нарастающего участка ВАХ, когда малому приращению напряжения \(∆U\) соответствует большое изменение тока \(ΔI\) (рис. 1.2). Диоды, работающие в таком режиме, называются стабилитронами, т. к. в рабочем диапазоне при изменении обратного тока от \(i_{обр. min}\) до \(i_{обр. max}\) напряжение на диоде остается почти неизменным, стабильным. Поэтому для стабилитронов рабочим является участок пробоя на обратной ветви ВАХ, а напряжение пробоя (напряжение стабилизации) является одним из основных параметров.

Как устроен вакуумный диод

Назначение

Нагретый катод испускает электроны, достигающие анода. Анод лампы представляет собой круглый или овальный цилиндр, имеющий общую ось с катодом. Схематическое изображение диода показано на рисунке 2 изображен диод с катодом прямого накала. Для получения вольт-амперной характеристики анода можно воспользоваться электрической цепью, приведенной на рисунке 3, где применяется диод с катодом косвенного накала. Вольт-амперная характеристика диода с металлическим катодом рис. При напряжении между катодом и анодом, равном нулю, вылетевшие из катода электроны образуют вокруг него электронное облако пространственный отрицательный заряд , отталкивающее вылетающие из катода электроны.

Понятие вакуума

Большинство электронов возвращается на катод, и лишь незначительное их число достигает анода. С увеличением U a число электронов, достигающих анода, увеличивается и электронное облако постепенно уменьшается.

Когда же все термоэлектроны, вылетающие из катода, попадают на анод, сила анодного тока достигает насыщения I нас на графике рисунка 4 — горизонтальный участок. Это выражение называют формулой Богуславского—Ленгмюра или законом «трех вторых».

Такой ток называют током насыщения.

При постоянной температуре катода сила тока в межэлектродном промежутке зависит от анодного напряжения. Диод пропускает ток только в одном направлении. Это его свойство используется для выпрямления переменного тока.

Диод вакуумный — двухэлектродная электронная лампа условное изображение приведено на. Внутри баллона размещены два электрода: катод к и анод а. При нагревании катода с его поверхности испускаются электроны термоэлектронная эмиссия. При подключении анода к положительному полюсу источника тока, а катода к отрицательному электроны под действием электрического поля движутся от катода к аноду и в диоде возникает электрический ток. По мере увеличения напряжения сила тока в цепи растет, так как все большее количество вылетающих электронов достигает анода.

Ниже приводится подробное описание устройства диода, изучение этих сведений необходимо для дальнейшего понимания принципов действия этих элементов:. Такие особенности внутреннего устройства наделяют диоды их главным свойством — возможностью проведения электрического тока только в одном направлении.

Здесь вы найдете подходящего репетитора быстро, удобно и бесплатно. Мы всегда рады проконсультировать Вас по вопросам образования.

Ниже приводятся основные области применения диодов, на примере которых становится понятно их основное назначение:. На p-n-переход диода может оказывать воздействие напряжение, подаваемое с внешних источников.

Устройство

Такие показатели, как величина и полярность, будут сказываться на его поведении и проводимом через него электрическом токе. Ниже подробно рассмотрен вариант, при котором происходит подключение плюса к области p-типа, а отрицательного полюса к области n-типа. В этом случае произойдет прямое включение:. Теперь будет рассмотрен другой способ включения, во время которого изменяется полярность внешнего источника, от которого происходит передача напряжения:.

Электрический ток в вакууме

Это приводит к росту параметров прямого тока, проходящего через диод. Войти через ВКонтакте Юлия Поделиться. Лариса Поделиться. Запаянная длинная колба с вакуумом, две железяки электроды в концах колбы.

Регистрация Вход. Ответы Mail.

Одна железяка катод подогревается от электроцепи и электроны в ней, не выдерживая нагрева, вылетают из нее и на некотором расстоянии от нее формируют облачко. Если к другой железяке аноду приложить положительное относительно катода напряжение, то электроны из облака рассосутся и побегут к аноду — есть проводимость.

Если сделать напряжение анода отрицательным, то это затолкнет электроны обратно в катод, и никакого тока не потечет.

Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: