Электровакуумный диод, или двухэлектродная электронная лампа, состоит из катода и анода, которые размещены в стеклянном, металлическом или металлокерамическом баллоне.
Разновидности корпусов электровакуумного диода
Существует два типа электровакуумных диодов – диоды с прямым накалом и косвенным накалом. Условные графические обозначения приведены на рис. 5.2.
Рис. 5.2
Прямонакальные катоды изготавливают из тонкой вольфрамовой проволоки или ленты, которую закрепляют в массивных держателях, подсоединяемых к источнику тока накала (рис. 5.2).
Подогревные катоды (косвенного накала) содержат подогреватель и собственно катод, изготовленный в виде металлического цилиндра с поверхностью, активированной материалами с малой работой выхода.
Катод в лампе выполняет функцию источника свободных носителей заряда (электронов). При протекании через катод тока накала поверхность катода разогревается до температуры
950–2650 
, в результате чего за счет термоэлектронной эмиссии у катода образуются свободные электроны (объемный пространственный заряд).
Аноды изготавливают из тугоплавких, обладающих хорошей теплопроводностью материалов (никель, молибден, титан и др.) в виде цилиндра или короба. В электронной лампе анод служит для создания направленного потока и приема электронов, испускаемых катодом.
Баллон электровакуумных ламп изготавливают из стекла, металла или керамики. Внутри баллона поддерживается глубокий вакуум 
мм рт. ст.).
Принцип действия электровакуумного диода основывается на законе движения электрона в электрическом поле.
Если к аноду диода подключить минус, а к катоду плюс источника питания, то электрическое поле между анодом и катодом оказывает на электроны тормозящее действие и возвращает их на катод. В этом случае в цепи анода ток не протекает. Такое включение диода называют обратным.
Если напряжение анода положительно, то испускаемые катодом электроны движутся к аноду, замыкая электрическую цепь анодного питания и обусловливают протекание анодного тока 
.
Увеличение напряжения на аноде приводит к росту числа электронов, попадающих на анод, что сопровождается ростом анодного тока. Этот процесс будет выполняться до тех пор, пока будет существовать объемный пространственный заряд около катода. Поэтому этот режим называют режимом пространственного заряда. Для режима пространственного заряда зависимость тока анода от анодного напряжения определяется законом степени трех вторых
где 
– коэффициент пропорциональности (первеанс диода), значение
которого зависит от конструктивных размеров диода;
– ток анода;
– напряжение на аноде.
При 
все испускаемые катодом электроны попадают на анод. Дальнейшее увеличение напряжения приводит лишь к возрастанию скорости движения электронов к аноду. Такой режим работы диода называют режимом насыщения, он особенно проявляется у ламп с вольфрамовым катодом. В диодах с оксидным или другим катодом
режим насыщения проявляется слабо.
Это объясняется, во-первых, дополнительным разогревом катода за счет протекающего по нему тока лампы и, во-вторых, увеличением тока эмиссии под влиянием внешнего ускоряющего поля (эффект Шотки). Таким образом, главная особенность диода заключается в его односторонней проводимости.
На вольт-амперной характеристике электровакуумного диода (рис. 5.3) можно выделить три области, соответствующие различным режимам работы: область отсечки (ОО) соответствует обратному включению диода; область пространственного заряда (ОПЗ); область насыщения (ОН).
Рис. 5.3
Параметры электровакуумного диода
К параметрам электровакуумного диода относятся:
1. Максимально допустимое прямое напряжение на диоде 
(десятки – сотни В);
2. Максимально допустимый ток диода 
(сотни мА – десятки А);
3. Максимально допустимое обратное напряжение 
(сотни В – десятки кВ);
4. Напряжение накала 
(1–10 В);
5. Междуэлектродная емкость – это емкость между анодом и катодом 
(доли - десятки пФ);
6. Сопротивление диода постоянному току:
7. Максимально допустимая мощность, выделяемая на аноде 
(единицы – сотни Вт);
8. Дифференциальные параметры:
а) крутизна характеристики
б) внутреннее дифференциальное сопротивление
.
.
Последнее соотношение называется внутренним уравнением диода.
Модели электровакуумного диода
Математическая модель диода
В общем случае ток и напряжение в электровакуумном диоде связаны нелинейной зависимостью. В режиме пространственного заряда зависимость анодного тока от анодного напряжения выражается законом степени трех вторых
,
где 
– первеанс диода;
– ток катода;
– напряжение на аноде.
Последнее соотношение представляет собой математическую модель идеального электровакуумного диода.
Ключевые модели
В инженерной практике наиболее часто используются ключевые модели, которые описывают диод при обратном включении (рис. 5.4, а), режиме пространственного заряда и насыщения (рис. 5.4, б).
Рис. 5.4
Формальные математические модели (ФММ) и формальные эквивалентные схемы (ФЭС) электровакуумных диодов Формальные математические модели (ФММ) и формальные эквивалентные схемы (ФЭС) электровакуумных диодов используются крайне редко. Для электровакуумного диода эти модели имеют такой же вид, что и для полупроводникового диода (рис. 5.5).
Рис. 5.5
Применение диодов основано на использовании нелинейности их характеристики. Наиболее широкое применение электровакуумные диоды получили при выпрямлении переменного тока. Диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока низкой частоты и используемые в источниках электропитания, называются кенотронами. Диоды, предназначенные для выпрямления (детектирования) токов высокой частоты, используемые в радиоприемных устройствах и измерительной аппаратуре, называются детекторными. Диоды работают также в качестве смесителей и умножителей частоты, подавителей паразитных колебаний (демпферные диоды) и выполняют многие другие функции.
Посмотрите учебный видеоролик