La diode a vide a été inventée en 1904 par J. Fleming.
La diode à vide est composée d'une cathode chauffée qui émet par effet thermo-électronique des électrons et d'une anode entourant la cathode. Le tout est enfermé dans une ampoule en verre dans laquelle on a effectué un vide très poussé.
Pour obtenir un vide de très haute qualité une coupelle (getter) remplie de Baryum est chauffée après la fin de la fabrication. Les traces d'oxygène sont absorbées et il se forme un dépôt brillant sur l'ampoule.
La cathode peut être un filament en tungstène alimenté par un courant électrique à basse tension (chauffage direct) ou par un tube isolé électriquement (chauffage indirect) qui entoure le filament. Dans ce cas la cathode est recouverte d'oxydes de Baryum et de Strontium, composés possédant un fort pouvoir thermo-émissif.
Lorsque la cathode est chauffée et si la vitesse des électrons est assez grande leur énergie devient supérieure à l'énergie d'extraction : Elle émet des électrons qui peuvent être captés par l'anode chargée positivement par rapport à la cathode. Les électrons d'énergie insuffisantes retournent sur la cathode. Une charge spatiale se forme entre la cathode et l'anode. Cette charge négative repousse les électrons vers la cathode. Plus la température du filament est grande plus grande est la charge spatiale.
Pour les cathodes à oxydes le filament est en tungstène chauffé entre 800°C et 1000°C. Une tension de chauffage trop faible limite la production d'électrons et une tension trop élevée limite la durée de vie de la cathode.

Caractéristique de la diode :
- Si on applique une tension négative sur l'anode, le courant anodique est nul.
- En l'absence de tension sur l'anode il circule un faible courant résiduel dans la diode. Pour l' annuler il faut appliquer une tension négative de quelques volts entre anode et cathode. Ce courant est fonction de la température de la cathode.
- Si le potentiel d'anode augmente le nombre d'électrons captés augmente mais on augmente aussi la taille de la charge spatiale. On montre en intégrant l'équation de Poisson (ΔV + ρ / ε) que le courant anodique suit la loi de Child-Langmuir Ia = K.V_AK^3/2.
K est une constante fonction de la géométrie de la diode et de la température de la cathode.
- Si la tension anodique est assez grande, l'anode capture tous les électrons émis c'est la zone de saturation. Cette zone ne peut être observée qu'avec des cathodes en tungstène.

Diode K81A (R290) Utilisée comme générateur de bruit et conçue pour fonctionner en mode de saturation

Utilisation

Glisser le curseur bleu pour faire varier la ddp cathode-anode.
Glisser le curseur jaune pour faire varier la tension de chauffage du filament.
La charge spatiale est figurée par le dégradé de bleu.

Le courant anodique affiché est calculé d'une manière inavouable mais qui rend assez bien des résultats expérimentaux.