Τι είναι ένα Τυφλοδιάδρασμα;

Τι είναι ένα διόδο σε κενό;

Ορισμός της διόδου σε κενό

Η διόδο σε κενό είναι ένα είδος ηλεκτρονικού συστήματος που ελέγχει τη ροή της ηλεκτρικής ρέυσης σε υψηλό κενό μεταξύ δύο ηλεκτρόδων: ενός κάθοδου και ενός ανώδου. Ο κάθοδος είναι ένας μεταλλικός κύλινδρος που είναι καλυμμένος με ένα υλικό που εκπέμπει ηλεκτρόνια όταν θερμαίνεται, ενώ ο ανώδος είναι ένας κενός μεταλλικός κύλινδρος που συλλέγει τα ηλεκτρόνια από τον κάθοδο. Το σύμβολο της διόδου σε κενό είναι δεικτικό παρακάτω.

Η διόδο σε κενό ανακαλύφθηκε από τον Sir John Ambrose Fleming το 1904 και ήταν γνωστή επίσης ως το βάλβα του Fleming ή η θερμική βάλβα. Ήταν η πρώτη βάλβα σε κενό και η προγόνος άλλων συστημάτων βάλβας σε κενό, όπως τριώδες, τετρώδες και πεντώδες, που χρησιμοποιήθηκαν ευρέως στην ηλεκτρονική για την πρώτη μισή του 20ου αιώνα. Οι διόδοι σε κενό ήταν απαραίτητες για την ανάπτυξη του ραδιοφώνου, τηλεόρασης, ραδάρ, εγγραφής και αναπαραγωγής ήχου, μακρινών τηλεφωνικών δικτύων, και αναλογικών και πρώιμων ψηφιακών υπολογιστών.

Πρίντζιπιο λειτουργίας

Η διόδο σε κενό λειτουργεί με βάση την αρχή της θερμικής εκπομπής, όπου τα ηλεκτρόνια εκπέμπονται από μια θερμαινόμενη μεταλλική επιφάνεια. Όταν ο κάθοδος θερμαίνεται, τα ηλεκτρόνια διαφεύγουν στο κενό. Μια θετική τάση στον ανώδο αποδέχεται αυτά τα ηλεκτρόνια, επιτρέποντας τη ροή ρέυσης από τον κάθοδο στον ανώδο σε μία κατεύθυνση.

Ωστόσο, αν η θετική τάση που εφαρμόζεται στον ανώδο δεν είναι αρκετά μεγάλη, ο ανώδος δεν μπορεί να αποδεχτεί όλα τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από τον κάθοδο λόγω της ζεστής κατανάλωσης. Συνεπώς, μερικά ηλεκτρόνια συσσωρεύονται στο χώρο μεταξύ του κάθοδου και του ανώδου, σχηματίζοντας μια νεφέλη αρνητικού φορτίου, γνωστή ως χώρος φορτίου. Ο χώρος φορτίου δρα σαν εμπόδιο που εμποδίζει την περαιτέρω εκπομπή ηλεκτρονίων από τον κάθοδο και μειώνει τη ροή ρέυσης στο περίπτερο.

Αν η εφαρμοσμένη τάση μεταξύ του ανώδου και του κάθοδου αυξάνεται σταδιακά, όλο και περισσότερα ηλεκτρόνια χώρου φορτίου ελκύονται στον ανώδο και δημιουργούν κενό χώρο για περαιτέρω εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια. Έτσι, με την αύξηση της τάσης μεταξύ του ανώδου και του κάθοδου, μπορούμε να αυξήσουμε την ταχύτητα εκπομπής ηλεκτρονίων και, συνεπώς, τη ροή ρέυσης στο περίπτερο.

Σε κάποιο σημείο, όταν όλο το χώρο φορτίου είναι ουδετεροποιημένο από την τάση του ανώδου, δεν υπάρχει πλέον εμπόδιο για την εκπομπή ηλεκτρονίων από τον κάθοδο. Τότε, ένας στίβος ηλεκτρονίων ξεκινά να ρέει ελεύθερα από τον κάθοδο στον ανώδο μέσω του χώρου. Συνεπώς, η ρέυση ρέει από τον ανώδο στον κάθοδο στη μέγιστη τιμή, η οποία εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία του κάθοδου. Αυτό ονομάζεται ρέυση κόλλησης.

Από την άλλη πλευρά, αν ο ανώδος καταστεί αρνητικός σε σχέση με τον κάθοδο, δεν υπάρχει εκπομπή ηλεκτρονίων από αυτόν, καθώς είναι κρύος, όχι ζεστός. Τώρα, τα εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια από τον θερμαινόμενο κάθοδο δεν φθάνουν στον ανώδο λόγω της απώθησης του αρνητικού ανώδου. Ένα ισχυρό χώρο φορτίου θα συσσωρευτεί μεταξύ του ανώδου και του κάθοδου. Λόγω αυτού του χώρου φορτίου, όλα τα περαιτέρω εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια απωθούνται πίσω στον κάθοδο, και, συνεπώς, δεν γίνεται καμία εκπομπή. Συνεπώς, δεν ρέει ρέυση στο περίπτερο. Έτσι, οι διόδοι σε κενό επιτρέπουν τη ροή ρέυσης μόνο σε μία κατεύθυνση: από κάθοδο σε ανώδο.

Όταν δεν εφαρμόζεται τάση στον ανώδο, ιδανικά, δεν θα έπρεπε να υπάρχει ρέυση. Ωστόσο, λόγω στατιστικών διακυμάνσεων της ταχύτητας των ηλεκτρονίων, κάποια ηλεκτρόνια φθάνουν ακόμη στον ανώδο. Αυτή η μικρή ρέυση είναι γνωστή ως ρέυση πλασίδιου.

Χαρακτηριστικά V-I

Τα χαρακτηριστικά V-I μιας διόδου σε κενό δείχνουν τη σχέση μεταξύ της τάσης που εφαρμόζεται μεταξύ του ανώδου και του κάθοδου (V) και της ρέυσης που ρέει μέσω του περίπτερου (I). Τα χαρακτηριστικά V-I μιας διόδου σε κενό είναι δεικτικά παρακάτω.

Το μέγεθος του χώρου φορτίου εξαρτάται από πόσα ηλεκτρόνια εκπέμπει ο κάθοδος, το οποίο επηρεάζεται από τη θερμοκρασία και την εργασία του κάθοδου. Η εργασία είναι η ελάχιστη ενέργεια που χρειάζεται για να αφαιρεθεί ένα ηλεκτρόνιο από ένα μέταλλο. Τα μέταλλα με χαμηλότερη εργασία χρειάζονται λιγότερη θερμότητα για να εκπέμψουν ηλεκτρόνια, καθιστώντας τα πιο αποδοτικά για αυτό το σκοπό.

Αυτή η περιοχή των χαρακτηριστικών ονομάζεται περιοχή κόλλησης, όπως φαίνεται στο σχήμα. Η ρέυση κόλλησης είναι ανεξάρτητη από την τάση του ανώδου και εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία του κάθοδου.

Όταν δεν εφαρμόζεται τάση στον ανώδο, δεν θα έπρεπε να υπάρχει ρέυση στο περίπτερο, αλλά στην πραγματικότητα, υπάρχει μια μικρή ρέυση λόγω στατιστικών διακυμάνσεων της ταχύτητας μερικών ηλεκτρονίων. Κάποια ηλεκτρόνια είναι αρκετά ενεργά για να φτάσουν στον ανώδο ακόμη και όταν δεν υπάρχει τάση στον ανώδο. Η μικρή ρέυση που προκαλείται από αυτό το φαινόμενο είναι γνωστή ως ρέυση πλασίδιου.

Τύποι διόδων σε κενό

• Διόδο ορθογόνησης

• Διόδο ανίχνευσης

• Ζένερ διόδο

• Βαράκτορ διόδο

• Σκότκι διόδο

Εφαρμογές διόδων σε κενό

• Εφαρμογές υψηλής ισχύος

• Εφαρμογές υψηλής συχνότητας

• Εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας

• Εφαρμογές ήχου

Συμπέρασμα

Η διόδο σε κενό είναι ένα είδος ηλεκτρονικού συστήματος που ελέγχει τη ροή της ηλεκτρικής ρέυσης σε υψηλό κενό μεταξύ δύο ηλεκτρόδων: ενός κάθοδου και ενός ανώδου. Ο κάθοδος εκπέμπει ηλεκτρόνια όταν θερμαίνεται από ένα καταναλωτή ή έναν έμμεσο θερμαντή, ενώ ο ανώδος συλλέγει ηλεκτρόνια από τον κάθοδο. Η διόδο σε κενό λειτουργεί με βάση την αρχή της θερμικής εκπομπής και επιτρέπει τη ροή ρέυσης μόνο σε μία κατεύθυνση: από κάθοδο σε ανώδο.

Οι διόδοι σε κενό ανακαλύφθηκαν από τον Sir John Ambrose Fleming το 1904 και χρησιμοποιήθηκαν ευρέως στην ηλεκτρονική για την πρώτη μισή του 20ου αιώνα. Ηταν απαραίτητες για την ανάπτυξη του ραδιοφώνου, τηλεόρασης, ραδάρ, εγγραφής και αναπαραγωγής ήχου, μακρινών τηλεφωνικών δικτύων, και αναλογικών και πρώιμων ψηφιακών υπολογιστών. Οι διόδοι σε κενό έχουν αντικατασταθεί από ημιαγωγικές διόδους σε περισσότερες εφαρμογές, λόγω του μικρότερου μεγέθους, χαμηλότερης κατανάλωσης ενέργειας, υψηλότερης αξιοπιστίας και χαμηλότερου κόστους. Ωστόσο, οι διόδοι σε κε