Wat is 'n Vakuumdiode?

Wat is 'n Vakuumdiode?

Definisie van 'n Vakuumdiode

'n Vakuumdiode is 'n tipe elektroniese toestel wat die stroom van elektriese stroom in 'n hoë vakuum tussen twee elektrodes beheer: 'n katode en 'n anode. Die katode is 'n metaal silinder bedek met 'n materiaal wat elektrone uitstoot wanneer dit verhit word, terwyl die anode 'n holle metaal silinder is wat elektrone van die katode versamel. Die simbool vir 'n vakuumdiode word hieronder gewys.

Die vakuumdiode is deur Sir John Ambrose Fleming in 1904 uitgevind en was ook bekend as die Fleming klep of die termioniese klep. Dit was die eerste vakuumbuise en die voorloper van ander vakuumbuistoe-russe soos triodes, tetrodes, en pentodes, wat wyd gebruik is in elektronika vir die eerste helfte van die 20ste eeu. Vakuumdiodes was noodsaaklik vir die ontwikkeling van radio, televisie, radar, klankopname en -reproduksie, langafstandstelefoonnetwerke, en analoog en vroeë digitale rekenaars.

Werkprinsip

Die vakuumdiode werk op die beginsel van termioniese emissie, waar elektrone uit 'n verhitte metaalvlak uitgestoot word. Wanneer die katode verhit word, ontsnap elektrone na die vakuum. 'n Positiewe spanning op die anode trek hierdie elektrone aan, wat stroom laat vloei van die katode na die anode in een rigting.

Indien egter die positiewe spanning wat op die anode toegepas word nie genoeg is nie, kan die anode nie al die elektrone uit die katode aantrek nie, weens die warm draad. As gevolg daarvan akkumuleer sommige elektrone in die ruimte tussen die katode en die anode, wat 'n wolk van negatiewe lading, bekend as ruimtelading, vorm. Die ruimtelading funksioneer as 'n barrière wat verdere uitsending van elektrone van die katode verhinder en die stroomvloei in die sirkel verminder.

As die toegepaste spanning tussen die anode en die katode geleidelik verhoog word, word meer en meer ruimtelading elektrone na die anode getrek en skep leë ruimte vir verdere uitgestote elektrone. So, met die toename van spanning oor die anode en katode, kan ons die uitsendingstempo van elektrone en dus die stroomvloei in die sirkel verhoog.

Op 'n sekere punt, wanneer al die ruimtelading deur die anodespanning geneutraliseer is, is daar geen meer beletsel vir elektronuitsending van die katode nie. Dan begin 'n straal elektrone vryliks van die katode na die anode deur die ruimte vloei. As gevolg daarvan vloei stroom van die anode na die katode by sy maksimumwaarde, wat slegs afhang van die temperatuur van die katode. Dit staan bekend as verzadigingsstroom.

Aan die ander kant, indien die anode negatief gemaak word ten opsigte van die katode, is daar geen elektronuitsending van dit nie, omdat dit koud is, nie warm nie. Nou bereik die uitgestote elektrone van die verhitte katode nie die anode nie, weens die afstoting van die negatiewe anode. 'n Sterkte ruimtelading sal tussen die anode en katode akkumuleer. Weens hierdie ruimtelading word al verdere uitgestote elektrone teruggekaai na die katode, en dus vind geen uitsending plaas nie. Daarom vloei geen stroom in die sirkel nie. So, vakuumdiodes laat stroom slegs in een rigting vloei: van katode na anode.

Wanneer geen spanning toegepas word op die anode, moet daar idealies geen stroom wees nie. Echter, weens statistiese fluktuasies in elektronvelocities, bereik sommige elektrone steeds die anode. Hierdie klein stroom staan bekend as spatsstroom.

V-I Karakteristieke

Die V-I karakteristieke van 'n vakuumdiode wys die verhouding tussen die spanning wat oor die anode en die katode (V) toegepas word en die stroom wat deur die sirkel vloei (I). Die V-I karakteristieke van 'n vakuumdiode word hieronder gewys.

Die grootte van die ruimtelading hang af van hoeveel elektrone die katode uitstoot, wat beïnvloed word deur die temperatuur van die katode en die werksfunksie. Die werksfunksie is die minimum energie wat benodig word om 'n elektron uit 'n metaal te verwyder. Metale met laer werksfunksies het minder hitte nodig om elektrone uit te stoot, wat hulle meer effektief maak vir hierdie doel.

Hierdie gebied van die karakteristieke staan bekend as die verzadigingsgebied, soos in die figuur gewys. Die verzadigingsstroom is onafhanklik van die anodespanning en hang slegs af van die temperatuur van die katode.

Wanneer geen spanning toegepas word op die anode, moet daar in die sirkel geen stroom wees nie, maar in werklikheid is daar 'n klein stroom weens statistiese fluktuasies in die snelheid van sommige elektrone. Sommige elektrone is genoegsaam energiek om die anode te bereik selfs wanneer daar geen spanning by die anode is nie. Die klein stroom veroorsaak deur hierdie verskynsel staan bekend as 'n spatsstroom.

Tipes Vakuumdiodes

• Rektifierdiode

• Detectordiode

• Zenerdiode

• Varactor-diode

• Schottkydiode

Toepassings van Vakuumdiodes

• Hoog-vermogentoepassings

• Hoog-frequentietoepassings

• Hoog-temperatuurtoepassings

• Audio-toepassings

Gevolgtrekking

'n Vakuumdiode is 'n tipe elektroniese toestel wat die stroom van elektriese stroom in 'n hoë vakuum tussen twee elektrodes beheer: 'n katode en 'n anode. Die katode stoot elektrone uit wanneer dit verhit word deur 'n draad of 'n indirekte verhitter, terwyl die anode elektrone van die katode versamel. Die vakuumdiode werk op die beginsel van termioniese emissie en laat stroom slegs in een rigting vloei: van katode na anode.

Vakuumdiodes is deur Sir John Ambrose Fleming in 1904 uitgevind en wyd gebruik in elektronika vir die eerste helfte van die 20ste eeu. Hulle was noodsaaklik vir die ontwikkeling van radio, televisie, radar, klankopname en -reproduksie, langafstandstelefoonnetwerke, en analoog en vroeë digitale rekenaars. Vakuumdiodes is in die meeste toepassings vervang deur halwegeleiderdiodes, weens hul kleiner grootte, laer kragverbruik, hoër betroubaarheid, en laer koste. Echter, vakuumdiodes word steeds in sommige areas gebruik waar hulle voordele het bo soliede toestelle, soos hoog-vermogentoepassings, hoog-frequentietoepassings, hoog-temperatuurtoepassings, en audio-toepassings.

Vakuumdiodes kan volgens verskillende kriteria geklassifiseer word, soos frekwensiebereik, kragspesifikasie, katode/draadtype, toepassing, gespesialiseerde parameters, en gespesialiseerde funksies. Sommige voorbeelde van vakuumdiodes is rektifierdiodes, detectordiodes, zenerdiodes, varactor-diodes, en Schottkydiodes.

Die vakuumdiode is 'n eenvoudige maar belangrike toestel wat 'n beduidende rol gespeel het in die geskiedenis en ontwikkeling van elektronika. Dit is steeds relevant vandag vir sommige toepassings wat sy unieke eienskappe en prestasie vereis. Die vakuumdiode is 'n getuienis van die vernuft en innovasie van elektroniese ingenieurs en wetenskaplikes wat die moontlikhede en potensiaal van vakuumbuise ondersoek het.