Co je vakuová dioda?

Co je vakuumová dvojice?

Definice vakuumové dvojice

Vakuumová dvojice je typ elektronického zařízení, který ovládá proud elektrického proudu vysokého vakuu mezi dvěma elektrodami: katodou a anodou. Katoda je kovový válec pokrytý materiálem, který emituje elektrony při zahřátí, zatímco anoda je dutý kovový válec, který sbírá elektrony z katody. Symbol vakuumové dvojice je zobrazen níže.

Vakuumová dvojice byla vynalezena Sir Johnem Ambrose Flemingem v roce 1904 a byla také známa jako Flemingova ventil nebo termionová ventil. Byla to první vakuumová trubice a předchůdce dalších vakuumových trubicových zařízení, jako jsou triody, tetrody a pentody, které byly široce používány v elektronice v první polovině 20. století. Vakuumové dvojice byly klíčové pro vývoj rádia, televize, radaru, záznamu a reprodukce zvuku, dlouhodobých telefonních sítí a analogových a raných digitálních počítačů.

Princip fungování

Vakuumová dvojice funguje na principu termionové emise, kdy elektrony jsou emitovány z horké kovové plochy. Když se katoda zahřeje, elektrony uniknou do vakuu. Pozitivní napětí na anodě přitahuje tyto elektrony, což umožňuje proudit proud od katody k anodě v jednom směru.

Pokud však pozitivní napětí aplikované na anodu není dostatečné, anoda nemůže přitáhnout všechny elektrony emitované z katody kvůli horkému drátu. V důsledku toho se některé elektrony akumulují v prostoru mezi katodou a anodou, tvoříce cloudek negativního náboje nazývaný prostorový náboj. Prostorový náboj působí jako bariéra, která brání další emisi elektronů z katody a snižuje proud v obvodu.

Pokud se postupně zvyšuje napětí mezi anodou a katodou, stále více elektronů prostorového náboje je přitáhnutých k anodě a vytvářejí volné místo pro další emitované elektrony. S rostoucím napětím mezi anodou a katodou můžeme zvýšit rychlost emise elektronů a tedy i proud v obvodu.

V nějakém okamžiku, když je všechny prostorový náboj neutralizován napětím anody, už není žádná překážka pro emisi elektronů z katody. Pak začne proudit paprsek elektronů volně od katody k anodě skrz prostor. V důsledku toho proudí proud od anody k katodě maximální hodnotou, která závisí pouze na teplotě katody. Toto se nazývá nasycený proud.

Naopak, pokud se anoda udělá negativní vzhledem k katodě, nedochází k emisi elektronů, protože je studená, ne horká. Teď již emitovaní elektroni z horké katody nedosáhnou anody kvůli odražení negativní anody. Silný prostorový náboj se akumuluje mezi anodou a katodou. Díky tomuto prostorovému náboji jsou všechny další emitované elektrony odraženy zpět k katodě a nedochází k emisi. Proto v obvodu neproudí proud. Takže vakuumové dvojice umožňují proudit proud jen v jednom směru: od katody k anodě.

Když není na anodu aplikováno žádné napětí, ideálně by v obvodu neměl proudit žádný proud. Nicméně, kvůli statistickým fluktuacím rychlosti některých elektronů, stále dosáhnou někteří elektroni anody. Tento malý proud se nazývá splachový proud.

V-I charakteristiky

V-I charakteristiky vakuumové dvojice ukazují vztah mezi napětím aplikovaným mezi anodou a katodou (V) a proudem proudícím skrz obvod (I). V-I charakteristiky vakuumové dvojice jsou zobrazeny níže.

Velikost prostorového náboje závisí na tom, kolik elektronů emituje katoda, což je ovlivněno teplotou katody a pracovní funkcí. Pracovní funkce je minimální energie potřebná k odstranění elektronu z kovu. Kovy s nižší pracovní funkcí potřebují méně tepla k emisi elektronů, což je činí efektivnějšími pro tento účel.

Tato oblast charakteristik se nazývá nasycená oblast, jak je vidět na obrázku. Nasycený proud je nezávislý na napětí anody a závisí pouze na teplotě katody.

Když není na anodu aplikováno žádné napětí, v obvodu by neměl proudit žádný proud, ale ve skutečnosti je tam malý proud kvůli statistickým fluktuacím rychlosti některých elektronů. Některé elektrony jsou dostatečně energické, aby dosáhly anody, i když na anodě není žádné napětí. Malý proud způsobený tímto jevem se nazývá splachový proud.

Typy vakuumových dvojic

• Opravárenská dvojice

• Detekční dvojice

• Zenerova dvojice

• Varactorová dvojice

• Schottkyho dvojice

Aplikace vakuumových dvojic

• Vysokovýkonové aplikace

• Vysokofrekvenční aplikace

• Aplikace vysokých teplot

• Audio aplikace

Závěr

Vakuumová dvojice je typ elektronického zařízení, který ovládá proud elektrického proudu vysokého vakuu mezi dvěma elektrodami: katodou a anodou. Katoda emituje elektrony při zahřátí filamentem nebo nepřímým ohřevem, zatímco anoda sbírá elektrony z katody. Vakuumová dvojice funguje na principu termionové emise a umožňuje proudit proud jen v jednom směru: od katody k anodě.

Vakuumové dvojice byly vynalezeny Sir Johnem Ambrose Flemingem v roce 1904 a byly široce používány v elektronice v první polovině 20. století. Byly klíčové pro vývoj rádia, televize, radaru, záznamu a reprodukce zvuku, dlouhodobých telefonních sítí a analogových a raných digitálních počítačů. Vakuumové dvojice byly nahrazeny polovodičovými dvojicemi v téměř všech aplikacích, díky své menší velikosti, nižší spotřebě energie, vyšší spolehlivosti a nižší ceně. Nicméně, vakuumové dvojice jsou stále používány v některých oblastech, kde mají výhody nad pevnými stavy, jako jsou vysokovýkonové, vysokofrekvenční, vysokoteplotní a audio aplikace.

Vakuumové dvojice lze klasifikovat podle různých kritérií, jako jsou frekvenční rozsah, výkon, typ katody/filamentu, aplikace, specializované parametry a specializované funkce. Některé příklady typů vakuumových dvojic jsou opravárenské dvojice, detekční dvojice, Zenerovy dvojice, varactorové dvojice a Schottkyho dvojice.

Vakuumová dvojice je jednoduché, ale důležité zařízení, které sehrálo významnou roli v historii a vývoji elektroniky. Stále je relevantní pro některé aplikace, které vyžadují jejich unikátní vlastnosti a výkon. Vakuumová dvojice je svědectvím vynalézavosti a inovací elektronických inženýrů a vědců, kteří zkoumají možnosti a potenciál vakuumových trubic.