Anoda a katoda: Co to je, jak je identifikovat, použití
Pro správnou funkci polovodičových součástek pracujících v obvodech stejnosměrného proudu musí být elektrody rádiových prvků zapojeny s ohledem na jejich polaritu. Nesprávné připojení může vést k poruše rádiového prvku nebo k poruše elektronického zařízení. Aby se předešlo chybám, mají elektrody takových součástí speciální název – anoda a katoda.
Tyto elektrody jsou na schématech často označeny odpovídajícími symboly „+“ nebo „-“ nebo jsou určeny schematickým znázorněním rádiového prvku. Na tělese součástek je někdy umístěna tečka nebo jiná značka, která umožňuje určit směr proudu na konkrétní elektrodě. Někdy je nutné určit polaritu svorek pomocí speciálních tabulek nebo pomocí měřicího zařízení.
Koncept anody a katody
Pro lepší pochopení těchto pojmů si uvedeme definice těchto pojmů.
Anoda
Tímto termínem rozumíme elektrodu, kterou protéká elektrický proud do daného zařízení. Předpokládá se, že elektrický proud je tvořen tokem kladných nábojů. Ve skutečnosti se elektrony (nositelé záporných nábojů) pohybují podél kovových vodičů směrem ke kladnému pólu zdroje elektrického proudu.
Jednoduše řečeno, anodu budeme považovat za kladnou elektrodu a katodu za zápornou elektrodu. Při připojování rádiových komponent je třeba dodržovat jejich polaritu podle označení na diagramech.
Katoda
Toto je elektroda, kterou protéká elektrický proud ze zařízení (konvenční chápání proudu je implikováno jako tok kladných nábojů). Pokud je tedy k anodě připojen vodič s kladným potenciálem, pak jsou ke katodě připojeny svorky se záporným potenciálem.
Výše uvedené termíny se používají ve vztahu ke galvanickým článkům. V galvanice je anoda elektroda, na jejímž povrchu probíhá oxidační reakce kovu. Názvy elektrod jsou:
- v chemii;
- fyzika;
- elektrotechnika;
- rádiová elektronika.
Při montáži rádiových součástek je velmi důležité nezaměnit elektrody. K tomu je třeba vědět, jak určit jejich účel.
Jak zjistit, kde je anoda a kde katoda?
Při definování katody a anody je nutné se zaměřit především na směr proudu, a nikoli na polaritu zdroje energie. Ačkoli tyto pojmy úzce souvisejí s polaritou proudu, jsou více podmíněny směry vektorů elektřiny.
Například u baterií se při nabíjení mění role katody a anody. To je způsobeno tím, že během nabíjení se mění směr elektrického proudu. Elektroda, která hrála roli elektrody, když baterie pracovala v režimu zdroje energie, během nabíjení funguje jako katoda a naopak – katoda se mění v anodu.
Obr. 1 znázorňuje proces elektrolýzy, při kterém se pohybují anionty (záporné ionty) a kationty (kladné ionty). Anionty se pohybují směrem k anodě a kladné kationty směrem ke katodě.
Během elektrolýzy se pohybují nosiče náboje různých znamének, nicméně anoda je podle definice elektroda, do které proud teče. Na obrázku je anoda připojena ke kladnému pólu zdroje proudu, což znamená, že proud do této elektrody podmíněně teče.
Viz obrázek 2, který znázorňuje schéma galvanického článku.
Kladný pól zdroje proudu je katoda, nikoli anoda, jak by se dalo očekávat. Pečlivé studium principu fungování galvanického článku ukáže, proč je anoda záporným pólem.
Věnujte pozornost výkresu struktury galvanického zdroje proudu. Šipky (nahoře) označují směr pohybu elektronů, nicméně směr proudu se běžně považuje za pohyb od plusu k mínusu. To znamená, že když je obvod uzavřen, proud vstupuje do záporného pólu, což je anoda, kde dochází k oxidační reakci. Jinými slovy, proud z kladné elektrody přes zátěž se dostává k anodě, což je záporný pól galvanického článku. S promyšleným přístupem vše do sebe zapadne.
Při určování poloh anody a katody v elektronických součástkách se používají referenční materiály.
Účel elektrod je označen:
- tvar těla (obr. 3);
- délka vodičů (pro LED) (obr. 4);
- značky na krytech přístrojů nebo anodové značky;
- různá tloušťka vodičů diod.
Určení přiřazení svorek polovodičových diod lze provést pomocí měřicích přístrojů. Například všechny typy diod (kromě zenerových diod) vedou proud pouze v jednom směru. Pokud k diodě připojíte tester nebo ohmmetr a ta vykazuje malý odpor, pak se anoda připojí ke kladnému pólu zařízení a katoda k zápornému pólu.
Pokud je znám typ vodivosti tranzistoru, pak lze pomocí stejného testeru určit emitorové a kolektorové svorky. Mezi nimi je odpor nekonečně vysoký (neprotéká jimi žádný proud) a mezi bází a každou z nich bude vodivost (pouze v jednom směru, jako u diody). Znalost typu vodivosti umožňuje analogicky s diodou určit, kde je anoda a kde katoda, a tedy určit kolektorové nebo emitorové svorky (viz obr. 5).
Pokud jde o vakuové diody, nelze je kontrolovat měřením běžnými přístroji. Proto jsou jejich svorky umístěny tak, aby se vyloučily chyby při zapojení. V elektronkách svorky přesně odpovídají umístění kontaktů objímky určené pro tento rádiový prvek.
Anoda a katoda: kde je plus a kde mínus?
Z výše uvedeného vyplývá, že proud vždy teče ve směru od anody ke katodě. Existuje pouze jeden závěr – plus jde k anodě a katoda je připojena k mínusu. Dodržováním tohoto pravidla můžete přesně určit, kde je plus a kde mínus.
V galvanotechnice probíhá na katodě redukční reakce. To znamená, že se na katodě usazují kladné ionty z roztoku. Tímto znaménkem určujeme znaménko mínus.
Jak určit katodu a anodu rádiových součástek, jsme zvažovali výše. Pokud existuje schéma zařízení, je poměrně snadné označit směr proudu a podle toho i účel elektrod. Pokud schéma neexistuje, použijte značky a značky na těle součástek.
Poznámka: Není správné používat termíny katoda a anoda ve vztahu k zenerově diodě, protože vede proud v různých směrech.
Rád bych vás upozornil na výkonové prvky zvlášť. Na galvanických zařízeních je obvykle označeno „+“ a na bateriích jsou často označeny oba póly. U autobaterií je kladný pól silnější. Tuto vlastnost lze také použít k určení polarity pólů.
Závěry viz obrázek 6.
Čísla označují:
- 1 – anoda;
- 2 – elektrolyt;
- 3 – katoda;
- 4 – zdroj proudu.
přihláška
Elektrody jako anoda a katoda se nejčastěji používají:
- v elektrochemii;
- vakuová elektronická zařízení;
- polovodičové prvky.
Podívejme se obecně na oblasti použití anod a katod.
V elektrochemii
V této oblasti jsou anoda a katoda klíčovými pojmy v procesu elektrochemických reakcí používaných hlavně k redukci kovů. Takové reakce se nazývají elektrolýza. Použití elektrolytických procesů umožňuje získávání čistých kovů, protože na katodě se tvoří pouze atomy kovu, jehož kladné ionty jsou obsaženy v roztoku elektrolytu.
Metoda elektrolýzy se používá k nanášení velmi tenkého zinkového povlaku na ocelové plechy a díly jakékoli konfigurace. Galvanický povlak účinně chrání kov před korozí.
Ve vakuových elektronických zařízeních
Příklady vakuových zařízení jsou radioelektronické trubice, katodové trubice a televizní obrazovky. Fungují na stejném principu: Zahřátá katoda emituje elektrony, které se s vysokým kladným elektrickým potenciálem řítí k anodě.
Tvorba elektronů na horké elektrodě se nazývá termionické emise a elektrický proud, který vzniká mezi katodou a anodou, se nazývá termionické. Výhodou takových zařízení je, že vedou proud pouze v jednom směru – od katody k anodě.
Přidání mřížky mezi elektrody umožňuje upravovat parametry proudu v širokém rozsahu změnou napětí na mřížce. Takové elektronky se používají jako zesilovače signálu. V současné době se vakuové přístroje používají poměrně zřídka, protože jsou úspěšně nahrazovány miniaturními polovodičovými diodami a tranzistory, často vyrobenými na monokrystalu ve formě mikroobvodu.
V polovodičových zařízeních
Elektronické součástky na bázi polovodičů jsou ceněny pro svou nízkou spotřebu proudu a malé rozměry. Téměř nahradily elektronky. Vývody polovodičových součástek se tradičně nazývají anody a katody.
Přes všechny výhody polovodičů mají tato zařízení nevýhodu – “vytvářejí šum”. U vysoce výkonných zesilovačů se tento šum stává znatelným. Ve vysoce kvalitních zesilovacích zařízeních se stále používají elektronky.
Katodové trubice v moderních televizorech jsou nahrazovány obrazovkami s LED podsvícením. Jsou ekonomičtější, dokonale zprostředkovávají barevnou paletu a umožňují téměř plochý obraz přijímače.