Mis on vakuumdiood?

Mis on vakuumpaar?

Vakuumpaari definitsioon

Vakuumpaar on elektroniline seade, mis kontrollib elektrivoolu suurtühi ruumis kahe elektrodi vahel: katoodi ja anoodi. Katood on metallne silinder, millel on kate, mis väljastab elektrone kui seda kütitakse, samas kui anood on tühi metallne silinder, mis kogub katoodist tulevad elektronid. Vakuumpaari sümbol on näidatud allpool.

Vakuumpaari leiutas sir John Ambrose Fleming aastal 1904 ja seda tunti ka nimedega Flemingi ventiil või termiooniline ventiil. See oli esimene vakuumpuuja ning muude vakuumpuuja seadmete, nagu trioodide, tetrootide ja pentoodide eellane, mida laialdaselt kasutati elektronikas 20. sajandi esimesel poolel. Vakuumpaarid olid olulised raadio, televisiooni, radarite, heli salvestamise ja taaselavastamise, pika kauguse telefonivõrkude, analoogsete ja varajaste digitaalsete arvutite arendamisel.

Tööpõhimõte

Vakuumpaar toimib termioonilise väljavoolu printsiibil, kus elektronid väljastatakse kütitult metallipinna. Kui katoodit kütitakse, siis elektronid jäävad tühi ruumi. Positiivne voltaga anoodil veeretab need elektronid, lubades voolu liikuda katoodilt anoodile ühes suunas.

Kui aga anoodile rakendatud positiivne voltaga ei ole piisavalt suur, siis anood ei saa veeretada kõiki katoodist väljastatud elektrone küti filameendi tõttu. Tulemuseks on, et mõned elektronid kogunevad katoodi ja anoodi vahel, moodustades negatiivse laengu pilve, mida nimetatakse ruumilaenguks. Ruumilaeng tegutseb barjäärina, mis takistab lisa elektronide väljavoolu katoodist ja vähendab voolu tsirkuitis.

Kui anoodi ja katoodi vahel rakendatav voltaga aeglaselt suurendatakse, siis rohkem ja rohkem ruumilaengute elektrone tõmbatakse anoodi ja loovad tühi ruum uute väljastatavate elektronide jaoks. Seega, anoodi ja katoodi vahelise voltaga suurenemisel saame suurendada elektronide väljavoolu kiirust ja nii ka voolu tsirkuitis.

Mõnes punktis, kui kõik ruumilaeng on anoodi voltaga neutraliseeritud, ei ole enam takistusi elektronide väljavoolu katoodist. Siis alustab elektronide kiir vastavalt vabalt liikuda katoodist anoodi läbi tühi ruumi. Tulemuseks on, et vool liigub anoodist katoodile oma maksimaalses ulatuses, mis sõltub ainult katoodi temperatuurist. Seda nimetatakse täissaturatsioonivooluks.

Teisest küljest, kui anood teevad negatiivseks suhtes katoodiga, siis sellega ei ole elektronide väljavoolu, sest see on külm, mitte küte. Nüüd, kütitult katoodist väljastatud elektronid ei jõua anoodi negatiivse anoodi tagasilülitamise tõttu. Tugev ruumilaeng koguneb anoodi ja katoodi vahel. Selle ruumilaengu tõttu kõik järgnevad väljastatavad elektronid tõmbatakse tagasi katoodi, ja seega ei toimu väljavoolu. Seega, tsirkuitis ei voolata voolu. Seega, vakuumpaarid lubavad voolu voolata ühes suunas: katoodist anoodile.

Kui anoodile ei rakendata voltaga, peaks ideaalses korras tsirkuitis voolu mitte olema. Kuid statistiliste fluktuatsioonide tõttu elektronide kiirusel jõuavad mõned elektronid ikkagi anoodi. See väike vool on tuntud splashi vooluna.

V-I karakteristikud

Vakuumpaari V-I karakteristikud näitavad seost anoodi ja katoodi vahel rakendatava voltaga (V) ja tsirkuitis voolava voolu (I) vahel. Vakuumpaari V-I karakteristikud on näidatud allpool.

Ruumilaengu suurus sõltub sellest, kui palju elektrone katood väljastab, mis on mõjutatud katoodi temperatuuri ja tööfunktsiooni. Tööfunktsioon on minimaalne energia, mida vaja on elektroni metallist eemale tuua. Metallid, millel on madalam tööfunktsioon, vajavad vähem soojust elektroni väljastamiseks, mis muudab neid selleks efektiivsemaks.

Sellel osal karakteristikuid nimetatakse täissaturatsiooniregiona, nagu on näidatud joonis. Täissaturatsioonivool ei sõltu anoodi voltagast, vaid ainult katoodi temperatuurist.

Kui anoodile ei rakendata voltaga, peaks tsirkuitis voolu mitte olema, kuid tegelikkuses on väike vool statistiliste fluktuatsioonide tõttu elektronide kiirusel. Mõned elektronid on piisavalt energiased, et jõuda anoodi isegi siis, kui anoodil ei ole voltaga. Selle fenomeni tõttu tekkinud väike vool on tuntud splashi vooluna.

Vakuumpaaride tüübid

• Rectifitsoonipaar

• Detektorpaar

• Zenerpaar

• Varactorpaar

• Schottky paar

Vakuumpaaride rakendused

• Suure võimsusega rakendused

• Kõrge sagedusega rakendused

• Kõrge temperatuuri rakendused

• Helirakendused

Järeldus

Vakuumpaar on elektroniline seade, mis kontrollib elektrivoolu suurtühi ruumis kahe elektrodi vahel: katoodi ja anoodi. Katood väljastab elektrone, kui seda kütitakse filameediga või kaudse kütitusega, samas kui anood kogub elektrone katoodist. Vakuumpaar töötab termioonilise väljavoolu printsiibil ja lubab voolu voolata ühes suunas: katoodist anoodile.

Vakuumpaarid leiutas sir John Ambrose Fleming aastal 1904 ja neid laialdaselt kasutati elektronikas 20. sajandi esimesel poolel. Nad olid olulised raadio, televisiooni, radarite, heli salvestamise ja taaselavastamise, pika kauguse telefonivõrkude, analoogsete ja varajaste digitaalsete arvutite arendamisel. Vakuumpaarid on enamusel rakendustel asendatud semikonduktorpaaridega, kuna need on väiksemad, tarbib vähem energiat, on usaldusväärsed ja odavamad. Siiski kasutatakse vakuumpaarid siiani mõnel valdkonnal, kus neil on eelised soliidsete seadmete ees, nagu suure võimsusega, kõrge sagedusega, kõrge temperatuuri ja helirakendused.

Vakuumpaarid saavad klassifitseerida erinevatel kriteeriumitel, nagu sageduse diapoon, võimsus, katoodi/filameedi tüüp, rakendus, spetsialiseeritud parameetrid ja spetsialiseeritud funktsioonid. Mõned vakuumpaaride tüübid on rectifitsoonipaarid, detektorpaarid, Zenerpaarid, varactorpaarid ja Schottky paarid.

Vakuumpaar on lihtne, kuid oluline seade, mis on mänginud olulist rolli elektronika ajaloos ja arengus. See on endiselt relevantne mõnele rakendusele, mis nõuab selle unikaalseid omadusi ja jõudlust. Vakuumpaar on tunnistus elektronikainseneride ja teadlaste võimekusest, kes on uurinud vakuumpuuja võimalusi ja potentsiaali.