Mi az üres diód?

Mi a vakuumdióda?

Vakuumdióda definíció

A vakuumdióda olyan elektronikus eszköz, amely egy nagy vakuumban irányítja az áramot két elektrodák között: egy katód és egy anód között. A katód olyan fémmel van bevonva, amely elektront bocsát ki melegedéskor, míg az anód üres fémtördék, amely elektront gyűjt a katódól. A vakuumdióda jelölése alább látható.

A vakuumdióda Sir John Ambrose Fleming találta fel 1904-ben, és ismert volt a Fleming-érből vagy a termionikus érből. Ez volt az első vakuumcsöv és a többi vakuumcsőes eszköz, mint például a triód, tetrod és pentod előfutára, amelyek széles körben használtak az elektronika területén az 20. század első felében. A vakuumdiódák létfontosságúak voltak a rádió, televízió, radar, hangfelvétel és reprodukálás, távolsági telefonhálózatok, valamint analóg és korai digitális számítógépek fejlesztéséhez.

Működési elv

A vakuumdióda a termionikus emisszió elvére működik, ahol elektronokat bocsát ki egy melegített fém felületéről. Amikor a katód melegszik, elektronok kerülnek a vakuumba. A pozitív feszültség az anódon vonzza ezeket az elektronokat, így lehetővé téve, hogy az áram egyirányban folyjon a katódól az anódhöz.

Ha az anódon alkalmazott pozitív feszültség nem elegendő, az anód nem tudja vonzni az összes elektront, amelyet a katód bocsát ki a forró filament miatt. Erre a következtében néhány elektron gyűlik a katód és az anód között, negatív töltés felhőt formálva, amit térbeli töltésnek nevezünk. A térbeli töltés akadályozza a további elektronok kibocsátását a katódól, és csökkenti az áram folyását a körben.

Ha az anód és a katód közötti alkalmazott feszültséget fokozatosan növeljük, egyre több térbeli töltés elektromos része kerül az anódhöz, és helyet enged további kibocsátott elektronoknak. Így a feszültség növelésével növelhetjük az elektronok kibocsátási rátáját, és ennek megfelelően az áram folyását a körben.

Amikor az összes térbeli töltést a feszültség neutralizálja, nincs több akadálya az elektronok kibocsátásának a katódól. Ekkor elektronok szabadon folyik a katódól az anódhöz a térben. Ennek eredményeként az áram maximális értékén folyik az anódól a katódig, ami csak a katód hőmérsékletétől függ. Ezt a telítési árannak nevezzük.

Ugyanakkor, ha az anódot negatívvá teszik a katódhoz képest, nincs elektronemisszió, mivel hideg, nem forró. Most, a katódól kibocsátott elektronok nem érik el az anódot a negatív anód visszafelé hatására. Erős térbeli töltés gyűlik a katód és az anód között. Ez a térbeli töltés visszafelé taszítja a további kibocsátott elektronokat a katódhoz, és így nincs további emisszió. Tehát nincs áramfolyás a körben. Így a vakuumdiódák csak egyirányú áramfolyást engedélyeznek: a katódól az anódhöz.

Ha nincs feszültség az anódon, idealisan nincs áram. Azonban statisztikai sebességfluktuációk miatt néhány elektron mégis eléri az anódot. Ez a kis áramot splash árannak nevezik.

I-V jellemzők

A vakuumdióda I-V jellemzői a katód és az anód között alkalmazott feszültség (V) és a körön átmenő áram (I) közötti kapcsolatot mutatják. A vakuumdióda I-V jellemzői alább láthatók.

A térbeli töltés mérete attól függ, hogy hány elektronot bocsát ki a katód, ami a katód hőmérséklete és munkafüggvénye hatására változik. A munkafüggvény a minimális energia, amire szükség van, hogy elektront távolítsunk el egy fémtől. Alacsony munkafüggvényű fémek kevesebb hőt igényelnek az elektronok kibocsátásához, tehát hatékonyabbak erre a célra.

Ez a jellemzők régióját a telítési régiónak hívják, ahogy a rajzon látható. A telítési áram független az anód feszültségétől, és csak a katód hőmérsékletétől függ.

Ha nincs feszültség az anódon, nincs áram a körben, de a valóságban kis áram jelenik meg a sebességfluktuációk miatt. Néhány elektron elég energias, hogy elérje az anódot, még akkor is, ha nincs feszültség az anódon. A kis áram, amit ez a jelenség okoz, splash árannak nevezik.

Vakuumdiódák típusai

• Rectifier dióda

• Detektor dióda

• Zener dióda

• Varactor dióda

• Schottky dióda

Vakuumdiódák alkalmazása

• Nagy teljesítményű alkalmazások

• Magas frekvenciájú alkalmazások

• Magas hőmérsékletű alkalmazások

• Hangalkalmazások

Összegzés

A vakuumdióda olyan elektronikus eszköz, amely irányítja az áramot a katód és az anód közötti nagy vakuumban. A katód elektronokat bocsát ki, amikor melegítik, míg az anód elektronokat gyűjt a katódól. A vakuumdióda a termionikus emisszió elvére működik, és csak egyirányú áramfolyást engedélyez: a katódól az anódhöz.

A vakuumdiódák Sir John Ambrose Fleming találta fel 1904-ben, és széles körben használták az elektronika területén az 20. század első felében. Létfontosságúak voltak a rádió, televízió, radar, hangfelvétel és reprodukálás, távolsági telefonhálózatok, valamint analóg és korai digitális számítógépek fejlesztéséhez. A vakuumdiódák legtöbb alkalmazásban lecseréltek őket a szemiconduktor-diódákkal, mivel ezek kisebbek, kevesebb energiát fogyasztanak, megbízhatóbbak és olcsóbbak. Ugyanakkor a vakuumdiódák továbbra is használódnak olyan területeken, ahol előnyökkel rendelkeznek a szemiconduktor-eszközökhöz képest, például nagy teljesítményű, magas frekvenciájú, magas hőmérsékletű és hangalkalmazásokban.

A vakuumdiódák különböző kritériumok szerint oszthatók, mint például frekvencia tartomány, teljesítményarány, katód/filament típus, alkalmazás, specializált paraméterek és specializált funkciók. Néhány példa a vakuumdiódák típusaira: rectifier dióda, detektor dióda, Zener dióda, varactor dióda, Schottky dióda.

A vakuumdióda egyszerű, de fontos eszköz, amely nagy szerepet játszott az elektronika történetében és fejlődésében. Ma is releváns bizonyos alkalmazásokban, amelyek igényelik egyedi jellemzőit és teljesítményét. A vakuumdióda tanúbizonysága az elektronikus mérnökök és tudósok összetettségének és innovációjának, akik felfedezték a vakuumcsők lehetőségeit és potenciáljait.