Nejjednodušší elektronkou je dioda, která má pouze dvě pracovní elektrody – katodu, které může být podle provedení a doby vzniku přímo či nepřímožhavená a anodu. V přímožhaveném provedení je žhavicí vlákno/ pokryté emisní vrstvou/ přímo katodou – tedy žhavicí obvod je galvanicky spojen s anodovým obvodem se všemi omezeními a důsledky. V nepřímožhaveném provedení je /ale nemusí být/ žhavicí vlákno odizolováno od vlastní katody. Přímožhavené elektronky obecně a zvláště usměrňovací diody zdrojů potřebují každá samostatné, dobře odizolované žhavicí vinutí, kdežto nepřímožhavené diody a usměrňovače je možno žhavit z jednoho společného vinutí s ostatními nepřímožhavenými elektronkami v přístroji. Rozhodujícím faktorem je zde výrobcem udávaná napěťová pevnost izolace vlákno-katoda. Katodu plně obklopuje anoda, která může mít tvar pravidelné, oválné či hranaté trubky. Podle provedení, účelu použití a výkonu může být anoda vyrobena z různých materiálů /plech, drátěná síťovina/ a mít různou velikost – vždy je to však nejbližší a největší elektroda vzhledem k baňce.
Je-li katoda nažhavena, její emisní vrstva začne emitovat elektrony, které vyletují do praktického vakua baňky a nad katodou utvoří tzv. elektronový mrak. Připojením anody ke kladnému potenciálu /vzhledem ke katodě/ začne anoda záporně nabité elektrony přitahovat a to tím více, čím má anoda vyšší kladné napětí – protéká proud. Připojíme li k anodě záporný potenciál, anoda záporně nabité elektrony odpuzuje a proud diodou neteče. Dioda tedy propouští proud jen jedním směrem /od katody k anodě/ a je tedy schopna pracovat jako usměrňovač. Z charakteristiky diody vyplývá, že po dosažení určité /výrobcem stanovené/ velikosti kladného anodového napětí proud už dále nestoupá, ale zastaví se na tzv. hodnotě nasyceného proudu. Anoda totiž už přitáhla veškeré elektrony letící z katody. Další zvyšování anodového napětí má za následek jen zvyšování rychlosti přitahovaných elektronů, jejichž kinetická energie se po dopadu na anodu mění ve škodlivou tepelnou ztrátu. Anoda je svou plochou schopna vyzářit jen určitý, výrobcem stanovený a nepřekročitelný ztrátový výkon, jehož zvyšování vede k rozžhavení a zkroucení anody, následným přeskokům a sršení, zhoršení vakua, případně úplné destrukci elektronky. Maximální anodový proud je tedy určen pouze výrobcem a je kompromisem mezi dlouhodobou emisní schopností katody, výkonovou ztrátou anody a dovolenou povrchovou teplotou konkrétní elektronky. Výrobce jej určuje v katalogu spolu s hodnotami žhavicího napětí, proudu, způsobu žhavení, max. přípustné anodové napětí, proud a např. u diod pro zdroje jsou udány i redukční faktory pro různé druhy zátěže /odporová, kapacitní, induktivní/, případně i max. hodnotu následujícího filtračního kondenzátoru.V katalogu udané maximální hodnoty anodových napětí a proudů jsou ovšem s ohledem na životnost a spolehlivost elektronky vždy mnohem nižší, než jsou např. krátkodobé emisní schopnosti katod a výkonové ztráty anod. Tak se může stát, že např. elektronka s povoleným maximálním proudem 100mA ve zkratu nebo při několikanásobném přetížení propustí proud i 1A a tak např. zdemoluje odformované elektrolytické kondenzátory dlouho nepoužívaného zdroje. Zapojíme-li diodu do obvodu střídavého proudu, chová se tedy jako usměrňovač. Pro dvoucestné usměrnění ve zdrojích je třeba dvou diod, které byly výhodně konstruovány ve společné baňce – u některých typů se zcela oddělenými systémy, u některých se společnou katodou. Uvnitř baňky se dvěma oddělenými systémy byly vývody žhavicích vláken spojeny paralelně /někdy dokonce sériově/, oddělené katody při nepřímožhaveném provedení spojeny a vyvedeny společně. Můstková zapojení usměrňovačů se mimo speciální výjimky /kruhový modulátor/ nikdy nepoužívala. Vždy bylo jednodušší a hlavně tehdy levnější navinout dvojnásobek závitů vinutí síťového transformátoru a vyvést střed, než sice jednoduché vinutí, ale s dvojnásobným průřezem a potřebou čtyř jednoduchých výkonných diod a dalších tří samostatných a dobře od sebe odizolovaných žhavicích vinutí. Navíc by přineslo použití můstkového usměrňovače s vakuovými diodami komplikaci v podobě dvojnásobného úbytku napětí, který není u vakuových diod zanedbatelný. Napěťový úbytek na vakuové usměrňovací diodě je proti polovodičovým značný a činí podle typu, druhu a zatížení 10-60V. Pro vyšší usměrněné proudy a nižší úbytky napětí byly zkonstruovány tzv. usměrňovací výbojky, což jsou /už ne vakuové/ usměrňovací diody plněné rtuťovými parami nebo směsí netečných plynů. Výboj vzniklý ve rtuťových parách má usměrňovací efekt, úbytek napětí je mnohem nižší. Pro snadné zapálení výboje byly větší typy těchto výbojek doplněny pomocnou zapalovací anodou, umístěnou blíže ke katodě. Tato pomocná anoda byla u některých /menších/ typů spojena s hlavní anodou přes pomocný rezistor již uvnitř baňky, u větších a výkonnějších typů vyvedena zvlášť. U velmi výkonných typů rtuťových usměrňovacích výbojek bylo totiž nejdříve nutno nažhavit mohutné žhavicí vlákno a několik minut vyčkat, až se odpaří případná zkondenzovaná rtuť. V opačném případě mohlo dojít / a také docházelo/ ke vzniku zpětného oblouku, zkratu a při nevhodném jištění i k výbuchu elektronky, případně škodám na připojených zařízeních. Zapalování výboje zajišťovaly ve vhodném okamžiku kombinace časových a tepelných spínačů. Tento druh usměrňovacích výbojek se vyráběl i pro proudy řádu stovek ampérů a až do nástupu germaniových polovodičových usměrňovačů se používaly v měnírnách elektrických trakcí, nabíječích akumulátorů a v menším provedení i ve výkonných zesilovačích a vysílačích. Několik příkladů usměrňovacích diod: AX50 – dvojitá přímožhavená usm. dioda pro síťové zdroje plněná rtuťovými parami, 275mA/2x500Vef, žhavení 4V/3,75A, úbytek na výboji max. 15V, spec. kolíková patice, použita např. v nf zesilovačích firem Philips, REL Electrum Brno,Tesla KZ50, konstrukce a výroba Philips 1940 PV200/600 – dvojitá přímožhavená usm. dioda pro síťové zdroje plněná směsí netečných plynů, 200mA/2x500Vef, žhavení 4V/2A, úbytek na výboji 18-25V, spec. kolíková patice, použita např. v zesilovačích Tesla KZ25, rozhlas. ústřednách, konstrukce a výroba Tungsram 1943 DCG4/1000- jednoduchá přímožhavená usm. dioda pro síťové zdroje výkonných zesilovačů a malých vysílačů, plněná rtuťovými parami, 250mA/3,5kVef, žhavení 2,5V/5A, patice se závitem E27 a anodou na čepičce baňky, použita např. v rozhl. ústřednách Tesla RU a malých AM vysílačích, konstrukce Sator 1944 AZ11 – dvojitá přímožhavená usm. dioda pro síťové zdroje, vakuová, 60mA/2x500Vef, žhavení 4V/1,1A, patice 5+3 kolíky, používána ve stovkách typů rozhl. přijímačů až do r.1958 GZ34 – dvojitá nepřímožhavená usm. dioda pro sí´tové zdroje, vakuová, 250mA/2x550Vef, žhavení 5V/1,9A, patice oktal, používána např. v řadě typů kytarových zesilovačů firmy Fender i v zesilovači Tesla AZK401 EAA91- dvojitá nepřímožhavená dioda se samostatnými systémy a společným žhavením, vakuová, 2x9mA/2x150Vef, žhavení 6,3V/0,3A, patice heptal – celoskleněné miniaturní provedení, určena pro detekci, demodulaci a jako malý usměrňovač EZ81 – dvojitá nepřímožhavená usm. dioda pro síťové zdroje, vakuová, 150mA/2x350Vef, žhavení 6,3V/1A, patice noval- celoskleněné provedení, určena pro malé zesilovače a velké luxusní rozhl. přijímače s velkým odběrem anod. proudu 6Z31- dvojitá nepřímožhavená usm. dioda pro síťové zdroje, vakuová, 70mA/2x350Vef, žhavení 6,3V/0,6A, patice heptal- celoskleněné miniaturní provedení, určena pro běžné rozhl. přijímače střední až nižší třídy PY82- jednoduchá nepřímožhavená usm. dioda, vakuová, 180mA/250Vef, žhavení sériové 300mA/19V, určena pro anodové zdroje starších televizorů.
Zapojení jednocestného usměrňovače s jednoduchou přímožhavenou vakuovou diodou
Zapojení dvoucestného usměrňovače s dvojitou přímožhavenou vakuovou diodou
