На управлении движением свободных электронов в вакууме с помощью электрического поля основано устройство электронных ламп, которые по внешнему виду похожи на лампу.

Простейшую электронную лампу с двумя электродами называют двухэлектродной лампой или диодом. Одним ее электродом является вольфрамовая проволочка, концы которой выведены из лампы. Это позволяет накаливать проволочку током от батареи накала Б_Н (рис. 20.10, а). Внутри лампы создается высокий вакуум.

При накаливании проволочки К, которая служит катодом лампы, происходит термоэлектронная эмиссия и в лампе появляются свободные электроны. Второй электрод лампы А является анодом. Его можно соединять с катодом К через анодную батарею Б_а. Заметим, что анод имеет один вывод из лампы, таким образом, диод имеет всего три вывода для включения в цепь.

Когда анодная батарея отключена, а катод накален, то свободные электроны, находящиеся внутри лампы, держатся в непосредственной близости от катода и создают отрицательный пространственный заряд, который называют электронным облаком. При постоянной температуре накала катода у его поверхности существует подвижное равновесие между электронами, испаряющимися из катода и оседающими на нем (объясните, почему). Это означает, что количество свободных электронов в пространственном заряде лампы остается постоянным. Чтобы увеличить пространственный заряд, необходимо повысить температуру накала.

Включим теперь анодную батарею так, чтобы анод лампы был соединен с ее отрицательным полюсом, а катод — с положительным. Тогда электрическое поле внутри лампы будет смещать электроны к катоду и пространственный заряд в лампе несколько уменьшится, а тока в анодной цепи не будет. Это можно установить с помощью гальванометра G.

Соединим с анодом лампы положительный полюс батареи Б_а, а с катодом — ее отрицательный полюс (рис. 20.10, а). В этом случае миле в лампе будет перемещать электроны по направлению к аноду, Т. е. через лампу пойдет ток, и стрелка гальванометра отклонится.

Таким образом, электронные лампы замечательны тем, что они пропускают ток только в одном направлении. Этим обусловлено важнейшее применение диода в технике для выпрямления переменного тока.

Вольтамперную характеристику диода, снятую при постоянной температуре накала катода, называют анодной характеристикой (рис. 20.10,6). Вначале ток в лампе растет с ростом анодного напряжения, что объясняется рассасыванием электронного облака около катода и уменьшением оседания электронов из поляка на катоде. При дальнейшем увеличении напряжения, когда электронное облако полностью рассосется, все вылетевшие с катода электроны будут попадать на анод, и сила тока в лампе перестанет расти, т. е. достигается ток насыщения I_Н. Его величина будет тем Польше, чем выше температура накала катода. Из изложенного выше следует, что закон Ома к электронным лампам неприменим.

Для увеличения термоэлектронной эмиссии катод лампы покрывают слоем окислов бария и стронция. Работа выхода при этом резко снижается, и эмиссия возрастает на несколько порядков. Такой катод называют оксидным. Заметим, что максимальный ток, на который рассчитан диод, обычно значительно меньше тока насыщения.

В современных лампах вместо батареи накала катод подогревают переменным током при определенном напряжении. Катод делают более массивным, и поэтому его температура накала остается постоянной. Схематическое изображение лампы с подогреваемым катодом показано на рис. 20.11.