Què és un díode de buit?
Què és un díode de buit?
Definició de díode de buit
Un díode de buit és un tipus de dispositiu electrònic que controla el flux d'electricitat en un alt buit entre dos electrodos: un catòd i un anòd. El catòd és un cilindre metàl·lic revestit amb un material que emet electrons quan es calenta, mentre que l'anòd és un cilindre metàl·lic buit que recull els electrons del catòd. El símbol del díode de buit es mostra a continuació.
El díode de buit va ser inventat per Sir John Ambrose Fleming el 1904 i també era conegut com a válvula de Fleming o válvula termoïònica. Va ser la primera tub de buit i el precursor d'altres dispositius de tub de buit, com els tríodes, tetròdes i pentòdes, que van ser ampliament utilitzats en electrònica durant la primera meitat del segle XX. Els díodes de buit foren essencials per al desenvolupament de la ràdio, la televisió, el radar, la gravació i reproducció de so, les xarxes telefòniques a llarga distància, i els ordinadors analògics i digitals primers.
Principi de funcionament
El díode de buit funciona segons el principi de l'emissió termoïònica, on els electrons són emesos d'una superfície metàl·lica calentada. Quan el catòd es calenta, els electrons escapolien al buit. Una tensió positiva a l'anòd atraiu aquests electrons, permetent que el corrent flueixi del catòd a l'anòd en una sola direcció.
No obstant això, si la tensió positiva aplicada a l'anòd no és suficient, l'anòd no pot atraure tots els electrons emesos pel catòd degut a la filferro calent. Com a resultat, alguns electrons s'acumulen en l'espai entre el catòd i l'anòd, formant una núvol de càrrega negativa anomenat càrrega espacial. La càrrega espacial actua com una barrera que impedeix l'emissió addicional d'electrons del catòd i redueix el flux de corrent en el circuit.
Si la tensió aplicada entre l'anòd i el catòd s'incrementa gradualment, més i més electrons de càrrega espacial són atraïts a l'anòd i creen espai buit per a electrons emesos addicionals. Així, amb l'increment de la tensió entre l'anòd i el catòd, podem incrementar la taxa d'emissió d'electrons i, per tant, el flux de corrent en el circuit.
En algun moment, quan totes les càrregues espacials són neutralitzades per la tensió de l'anòd, no hi ha més obstruccions per a l'emissió d'electrons del catòd. Llavors, un raig d'electrons comença a fluir lliurement del catòd a l'anòd a través de l'espai. Com a resultat, el corrent flueix de l'anòd al catòd al seu valor màxim, que depèn només de la temperatura del catòd. Això s'anomena corrent de saturació.
D'altra banda, si l'anòd es fa negatiu respecte al catòd, no hi ha emissió d'electrons ja que està fred, no calent. Ara, els electrons emesos pel catòd calent no arriben a l'anòd degut a la repulsió de l'anòd negatiu. Es acumularà una forta càrrega espacial entre l'anòd i el catòd. A causa d'aquesta càrrega espacial, tots els electrons emesos addicionals són rebutjats de nou al catòd, i per tant, no hi ha emissió. Per tant, no hi ha corrent en el circuit. Així, els díodes de buit permeten que el corrent flueixi en una sola direcció: del catòd a l'anòd.
Quan no s'aplica cap tensió a l'anòd, idealment, no hauria de haver-hi cap corrent. No obstant això, a causa de les fluctuacions estadístiques en la velocitat dels electrons, alguns electrons encara arriben a l'anòd. Aquest petit corrent es coneix com a corrent de salpicadura.
Característiques V-I
Les característiques V-I d'un díode de buit mostren la relació entre la tensió aplicada entre l'anòd i el catòd (V) i el corrent que flueix a través del circuit (I). Les característiques V-I d'un díode de buit es mostren a continuació.
La mida de la càrrega espacial depèn de quantos electrons emet el catòd, que està influït per la temperatura del catòd i la funció de treball. La funció de treball és l'energia mínima necessària per eliminar un electron d'un metall. Els metalls amb funcions de treball més baixes necessiten menys calor per emetre electrons, fent-los més eficients per a aquest propòsit.
Aquesta regió de les característiques s'anomena regió de saturació, com es mostra en la figura. El corrent de saturació és independent de la tensió de l'anòd i depèn només de la temperatura del catòd.
Quan no s'aplica cap tensió a l'anòd, no hauria de haver-hi cap corrent en el circuit, però en realitat, hi ha un petit corrent a causa de les fluctuacions estadístiques en la velocitat de alguns electrons. Alguns electrons tenen prou energia per arribar a l'anòd fins i tot quan no hi ha tensió a l'anòd. El petit corrent causat per aquest fenomen es coneix com a corrent de salpicadura.
Tipus de díodes de buit
Díode rectificador
Díode detector
Díode Zener
Díode varactor
Díode Schottky
Aplicacions dels díodes de buit
