Hvad er en vakuumdiode?

Hvad er en vakuumdiod?

Definition af vakuumdiod

En vakuumdiod er en type elektronisk enhed, der kontrollerer strømstrømmen i et højt vakuum mellem to elektroder: en katod og en anod. Katoden er en metalcylinder, der er overdraget med et materiale, der emitterer elektroner, når det opvarmes, mens anoden er en tom metalcylinder, der samler elektroner fra katoden. Symbolet for vakuumdioden vises nedenfor.

Vakuumdioden blev opfundet af Sir John Ambrose Fleming i 1904 og kendtes også som Flemings ventil eller termionventilen. Det var den første vakuumrør og forløberen for andre vakuumrør-enheder, såsom trioder, tetroder og pentoder, der blev bredt anvendt i elektronikken i den første halvdel af det 20. århundrede. Vakuumdioder var afgørende for udviklingen af radio, television, radar, lydoptagelse og -reproduktion, langdistancetelefonnetværk og analoge og tidlige digitale computere.

Arbejdssætningsprincip

Vakuumdioden fungerer på principperne for termionemission, hvor elektroner emitteres fra en opvarmet metaloverflade. Når katoden opvarmes, flygter elektroner ind i vakuummet. En positiv spænding på anoden tiltrækker disse elektroner, hvilket tillader, at strøm flyder fra katoden til anoden i én retning.

Hvis den positive spænding, der anvendes på anoden, ikke er tilstrækkelig, kan anoden ikke tiltrække alle de elektroner, der emitteres fra katoden, på grund af den varme filament. Derved akkumulerer nogle elektroner sig i rummet mellem katoden og anoden, danner en negativ ladningssky kaldet rumladning. Rumladningen virker som en barriere, der forhindrer yderligere emission af elektroner fra katoden og reducerer strømstrømmen i kredsløbet.

Hvis den anvendte spænding mellem anoden og katoden gradvist øges, drages flere og flere rumladnings elektroner til anoden og skaber ledigt rum for yderligere emitterede elektroner. Så ved at øge spændingen over anoden og katoden, kan vi øge emissionshastigheden af elektroner og dermed strømstrømmen i kredsløbet.

Når al rumladning er neutraliseret af anodens spænding, er der ingen mere hindring for elektronemission fra katoden. Derefter starter en stråle af elektroner med at flyde frit fra katoden til anoden gennem rummet. Som resultat strømmer strøm fra anoden til katoden i sin maksimale værdi, der kun afhænger af katodens temperatur. Dette kaldes mættelsesstrøm.

På den anden side, hvis anoden gøres negativ i forhold til katoden, er der ingen elektronemission fra den, da den er kold, ikke varm. Nu når de emitterede elektroner fra den opvarmede katode ikke anoden på grund af den negative anodes afstødende effekt. En stærk rumladning vil akkumuleres mellem anoden og katoden. På grund af denne rumladning bliver alle yderligere emitterede elektroner afstødt tilbage til katoden, og dermed finder ingen emission sted. Derfor strømmer der ingen strøm i kredsløbet. Så vakuumdioder tillader, at strøm strømmer i én retning kun: fra katode til anode.

Når ingen spænding anvendes på anoden, burde der teoretisk set ikke være noget strøm. Men på grund af statistiske fluktueringer i elektronernes hastighed, nå nogle elektroner stadig anoden. Denne lille strøm kaldes splash-strøm.

V-I karakteristikker

V-I karakteristikkerne for en vakuumdiod viser forholdet mellem den spænding, der anvendes over anoden og katoden (V) og strømmen, der flyder gennem kredsløbet (I). V-I karakteristikkerne for en vakuumdiod vises nedenfor.

Størrelsen af rumladningen afhænger af, hvor mange elektroner katoden emitterer, hvilket påvirkes af katodens temperatur og arbejdsfunktion. Arbejdsfunktionen er den mindste energi, der kræves for at fjerne et elektron fra en metal. Metaller med lavere arbejdsfunktion har brug for mindre varme for at emittere elektroner, hvilket gør dem mere effektive til dette formål.

Denne region af karakteristikkerne kaldes mættelsesregionen, som vist på figuren. Mættelsesstrømmen er uafhængig af anodens spænding og afhænger kun af katodens temperatur.

Når ingen spænding anvendes på anoden, burde der ikke være nogen strøm i kredsløbet, men i virkeligheden er der en lille strøm på grund af statistiske fluktueringer i nogle elektroners hastighed. Nogle elektroner er energiske nok til at nå anoden, selvom der ikke er nogen spænding på anoden. Den lille strøm, der forårsages af dette fænomen, kaldes splash-strøm.

Typer af vakuumdioder

• Rektifierdiod

• Detektor-diod

• Zenerdiod

• Varaktordiod

• Schottkydiod

Anvendelser af vakuumdioder

• Højspændingsanvendelser

• Højfrekvensanvendelser

• Højttemperaturanvendelser

• Lydanvendelser

Konklusion

En vakuumdiod er en type elektronisk enhed, der kontrollerer strømstrømmen i et højt vakuum mellem to elektroder: en katod og en anod. Katoden emitterer elektroner, når den opvarmes af en filament eller en indirekte opvarmer, mens anoden samler elektroner fra katoden. Vakuumdioden fungerer på princippet om termionemission og tillader, at strøm flyder kun i én retning: fra katode til anode.

Vakuumdioder blev opfundet af Sir John Ambrose Fleming i 1904 og blev bredt anvendt i elektronikken i den første halvdel af det 20. århundrede. De var afgørende for udviklingen af radio, television, radar, lydoptagelse og -reproduktion, langdistancetelefonnetværk og analoge og tidlige digitale computere. Vakuumdioder er blevet erstattet af halvlederdioder i de fleste anvendelser pga. deres mindre størrelse, lavere energiforbrug, højere pålidelighed og lavere pris. Men vakuumdioder anvendes stadig i nogle områder, hvor de har fordele over faststofenheder, såsom højspændings-, højfrekvens-, højttemperatur- og lydanvendelser.

Vakuumdioder kan klassificeres efter forskellige kriterier, såsom frekvensområde, effektklasse, katode/filamenttype, anvendelse, specialiserede parametre og specialiserede funktioner. Nogle eksempler på typer af vakuumdioder er rektifierdioder, detektor-dioder, zenerdioder, varaktordioder og Schottkydioder.

Vakuumdioden er en simpel, men vigtig enhed, der har spillet en betydelig rolle i historien og udviklingen af elektronik. Den er stadig relevant i dag for nogle anvendelser, der kræver dens unikke egenskaber og ydeevne. Vakuumdioden er et vidnesbyrd om opfindsomhed og innovation hos elektronikingeniører og -videnskabsmænd, der har udforsket mulighederne og potentialet for vakuumrør.