Diode à vide
Qu’est-ce que la diode à vide, la construction, le travail et les applications:
Construction de la diode à vide – La diode à vide est la forme la plus simple du tube d’électrons pour la production et le contrôle des électrons libres. Une diode à vide typique est représentée sur la figure 5.1.
Il se compose de deux électrodes – une cathode et une anode (ou une plaque) montées sur une base et enfermée dans une enveloppe très évacuée de verre ou de métal. La cathode sert d’émetteur d’électrons et l’anode (ou plaque) entoure la cathode et agit comme un collecteur d’électrons.
La cathode peut être un filament simple de tungstène ou de tungstène thorié. Alternativement, il peut s’agir d’un tube de nickel recouvert d’oxyde de baryum ou d’oxyde de strontium et chauffé par un filament isolé, comme illustré sur la figure 5.1 (c).
Les plus grandes efficacités d’émission sont disponibles avec des cathodes à revêtement oxyde, mais les cathodes filamentaires sont les plus difficiles. L’anode est généralement un cylindre métallique creux.
Dans les tubes à faible puissance, l’anode est généralement du nickel ou du fer, mais en cas de tubes à haute puissance, le tantale, le molybdène ou le graphite peuvent être utilisés car ils ne se détériorent pas aussi rapidement que le fer ou le nickel à des températures élevées.
L’anode est rendue suffisamment grande pour dissiper la chaleur sans augmentation excessive de température. Souvent, l’anode est équipée de nageoires de refroidissement afin de retirer la chaleur produite à l’anode. En outre, la surface de l’anode est généralement noircie et rugueuse pour une élimination facile de la chaleur.
Les connexions de broches nécessaires sont publiées au bas du tube à travers des joints étanches à l’air. La structure de base et le symbole de circuit d’une diode à vide sont donnés sur les Fig. 5.1 (a) et (b) respectivement.
Fonctionnement de la diode à vide:
Le fonctionnement d’une diode est basé sur la loi fondamentale de l’électricité qui, comme les charges, les charges se repoussent et, contrairement aux charges, s’attirent. Les électrons émis par la cathode d’un tube d’électrons sont des charges électriques négatives.
Ces charges peuvent être attirées ou repoussées à partir de l’anode d’un tube de diode, selon que l’anode est chargée positivement ou négativement.
Lorsqu’une cathode métallique est chauffée suffisamment (directement ou indirectement), un nuage invisible d’électrons est libéré dans l’espace pour former la charge d’espace. La charge d’espace exerce une force de réparation sur les électrons émis par la cathode.
Si l’anode (ou plaque) est fabriquée à la cathode WRT positive (en reliant l’anode à la borne positive d’une batterie HT et d’une cathode à la borne négative, comme illustré sur la Fig.
5.2), un champ électrique est créé s’étendant de l’anode à la cathode et les électrons de la charge d’espace sont attirés par l’anode et, par conséquent, un courant circule à travers le tube.
En atteignant la plaque, les électrons continuent de circuler à travers le circuit externe composé de fil de connexion, de milliammètre et de la batterie.
Les électrons arrivant sont absorbés dans la borne + ve de la batterie et le nombre égal d’électrons s’écoulent à partir de la borne de batterie et retourne à la cathode, reconstituant ainsi l’alimentation d’électrons perdue par émission.
Tant que la cathode du tube est maintenue à la température d’émission et que l’anode reste positive, les électrons continueront de s’écouler de la cathode à l’anode à l’intérieur du tube et de l’anode vers la cathode à travers un circuit externe.
Il convient de noter que la direction d’écoulement des électrons est opposée à la direction supposée ou conventionnelle d’écoulement du courant dans le circuit.
Dans le cas où l’anode est rendue négative par rapport à la cathode; Les électrons seraient ramenés à la cathode et aucun courant ne coulerait dans le circuit. En effet, ni la plaque n’est faite de matériau approprié pour l’émission d’électrons ni il est suffisamment chaud pour émettre des électrons.
Le fonctionnement d’une diode à vide peut être conclu comme suit:
- La diode ne se comporte que lorsque l’anode ou la plaque est fabriquée à la cathode WRT positive. Il ne mènera pas dans la direction opposée, c’est-à-dire lorsque l’anode est une cathode WRT négative.
- Le flux d’électrons dans une diode n’a lieu que de cathode à l’anode et jamais de l’anode à la cathode. Cette conduction unidirectionnelle permet à la diode d’agir comme un interrupteur ou une vanne, commençant ou arrêtant automatiquement la conduction selon que la plaque est + ve ou -ve par rapport à la cathode. Cette propriété permet à la diode d’agir comme redresseur.
Caractéristiques de la diode à vide:
L’ampleur du courant qui traverse un tube, connu sous le nom d’anode ou de courant de plaque, dépend à la fois du nombre d’électrons émis par la cathode et de la capacité de l’anode (ou de la plaque) à attirer les électrons.
Le nombre d’électrons émis par la cathode dépend de sa température, qui à son tour dépend de la résistance du courant qui coule à travers la cathode ou son radiateur.
La capacité de la plaque à attirer les électrons émis dépend de la tension entre l’anode et la cathode connue sous le nom de tension de plaque. Ainsi, le courant de plaque d’une diode dépend de deux facteurs (i) la tension de la plaque et (ii) la température de la cathode.
Le diagramme du circuit pour déterminer les caractéristiques d’une diode est illustré à la figure 5.3.
La caractéristique la plus importante d’une diode à vide est la caractéristique de la plaque qui fournit la relation entre la tension de la plaque, le courant EP et le courant de plaque, IP.
Il peut être déterminé en gardant la température de la cathode constante, variant la tension de la plaque à l’aide d’un robinet mobile sur le potentiomètre comme indiqué, en notant les valeurs correspondantes du courant de la plaque et en traçant les courbes entre la tension de la plaque et le courant de plaque. Différentes courbes sont obtenues avec différentes valeurs de température de la cathode, comme le montre la figure 5.4.
À partir des caractéristiques de tension de la plaque de courant de la plaque illustrées à la Fig.
5.4, on voit que l’IP de courant de plaque augmente au point «A» avec l’augmentation de la tension de la plaque, atteint sa valeur maximale à «A» et si la tension de la plaque augmente encore, le courant de plaque devient presque constant comme représenté par la courbe plate AC.
La raison en est que lorsque la tension de la plaque est faible, tous les électrons émis par la cathode ne sont pas attirés par l’anode et ils restent dans l’espace entre la cathode et l’anode et que la tension de la plaque augmente de plus en plus d’électrons attirés par la plaque et, par conséquent, le courant de plaque augmente avec l’augmentation de la tension de la plaque.
Au point «a» sur la courbe, c’est-à-dire
Lorsque le courant de plaque atteint son maximum, tous les électrons émis par la cathode sont attirés par l’anode et une augmentation supplémentaire de la tension de la plaque ne provoquera aucune augmentation appréciable du courant de plaque de sorte que la courbe caractéristique IP – EP d’une diode devient approximativement une ligne horizontale, comme le montre la figure.
Si la température de la cathode est augmentée de T1 à T2 ou à T3 absolue en augmentant le courant de chauffage, le courant de plaque augmentera encore comme indiqué par les courbes dessinées pour les températures T2 et T3 respectivement.
Ainsi, à de faibles valeurs de tension de plaque, le courant de plaque est limité par la charge de l’espace et varie en fonction des trois moitiés de l’enfant, c’est-à-dire IP = K EP3 / 2 où K est une constante en fonction de la forme des électrodes et de la géométrie du tube.
Ainsi, nous voyons qu’il existe deux régions principales des caractéristiques de la plaque d’une diode: la région limitée de la charge de l’espace et la région limitée à la température.
La diode fonctionne dans sa région limitée à charge d’espace lorsque davantage d’électrons sont produits à la cathode que ce qui est attiré par la plaque.
Les caractéristiques statiques d’une diode à vide fournissant une relation entre le courant de la plaque et la température de la cathode peuvent être déterminées en utilisant le circuit illustré à la figure 5.3. Les courbes sont dessinées entre le courant de la plaque et la température de la cathode en conservant la tension de la plaque constante.
Deux ou trois courbes similaires sont obtenues pour différentes valeurs de tension de plaque, comme le montre la figure 5.5. À partir du courant de la plaque – caractéristiques de température de la cathode, il est évident que le courant de plaque augmente rapidement avec l’augmentation de la température de la cathode.
Pour une valeur particulière de la tension de la plaque, une température est atteinte lorsque le courant de plaque n’augmente plus avec la température mais devient constant en raison de la saturation de la charge d’espace. Si la tension de la plaque augmente, la saturation de la charge de l’espace se produira à un point plus élevé.
Résistance à la plaque de diode:
À partir des caractéristiques de la plaque d’une diode à vide (Fig. 5.4), nous voyons que le courant de plaque, IP varie avec les variations de tension de plaque, EP. Ainsi, une diode peut être considérée comme ayant une résistance interne limitant l’amplitude du courant de plaque.
Cette résistance interne offerte par la diode est connue sous le nom de résistance à la plaque. La résistance à la plaque d’une diode est principalement due à la charge d’espace négative et dans une moindre mesure dépend de la taille physique et de l’espacement des électrodes.
Cette résistance n’est pas la même pour DC et AC et donc comme tout autre tube à vide, la diode a deux types de résistances, à savoir. Résistance à la plaque CC et résistance à la plaque CA.
La résistance offerte par une diode au courant direct est appelée résistance à la plaque DC, RP. Il peut être déterminé en déterminant le rapport de la tension totale de la plaque CC à travers la diode au courant de la plaque. À tout point P sur la courbe caractéristique de la plaque (Fig. 5.6), la tension de la plaque est OA et le courant de plaque correspondant est ob.
Puis par la loi d’Ohm, résistance à la plaque DC,
La résistance à la plaque CC n’est pas constante mais dépend du point de fonctionnement de la caractéristique de la plaque de la diode. Il est différent à différents moments, comme illustré sur la figure 5.6. En effet, la caractéristique de la plaque de la diode n’est pas une ligne droite.
La résistance offerte par une diode au courant alternatif est connue sous le nom de résistance à la plaque AC, RP. Il est défini comme le rapport d’un petit changement de tension de plaque à travers une diode à la modification résultante du courant de plaque, c’est-à-dire
Résistance à la plaque AC,
Pour le point de fonctionnement P sur la caractéristique de la plaque, l’inverse de la pente de la ligne tangente à la caractéristique au point P fournit une résistance à la plaque CA.
Comme les tubes sont généralement utilisés avec AC, la résistance à la plaque CA est donc beaucoup plus importante que la résistance à la plaque DC.
La résistance à la plaque CA peut être déterminée à partir de la caractéristique de la plaque en considérant un petit changement de tension de plaque à mi-chemin de chaque côté du point de fonctionnement. La résistance à la plaque CA d’une diode est également appelée sa résistance dynamique.