Apa itu Vacuum Diode?

Apa itu Dioda Vakum?

Definisi Dioda Vakum

Dioda vakum adalah jenis perangkat elektronik yang mengontrol aliran arus listrik dalam keadaan vakum antara dua elektroda: katoda dan anoda. Katoda adalah silinder logam yang dilapisi bahan yang memancarkan elektron saat dipanaskan, sementara anoda adalah silinder logam berongga yang mengumpulkan elektron dari katoda. Simbol dioda vakum ditunjukkan di bawah ini.

Dioda vakum ditemukan oleh Sir John Ambrose Fleming pada tahun 1904 dan juga dikenal sebagai katup Fleming atau katup termionik. Ini adalah tabung vakum pertama dan pendahulu dari perangkat tabung vakum lainnya, seperti triode, tetrode, dan pentode, yang digunakan secara luas dalam elektronika selama setengah abad pertama. Dioda vakum sangat penting untuk pengembangan radio, televisi, radar, perekaman dan reproduksi suara, jaringan telepon jarak jauh, serta komputer analog dan digital awal.

Prinsip Kerja

Dioda vakum bekerja berdasarkan prinsip emisi termionik, di mana elektron dipancarkan dari permukaan logam yang dipanaskan. Ketika katoda dipanaskan, elektron melarikan diri ke dalam ruang vakum. Tegangan positif pada anoda menarik elektron-elektron tersebut, memungkinkan arus mengalir dari katoda ke anoda dalam satu arah.

Namun, jika tegangan positif yang diterapkan pada anoda tidak cukup, anoda tidak dapat menarik semua elektron yang dipancarkan dari katoda karena filamen panas. Akibatnya, beberapa elektron menumpuk di antara katoda dan anoda, membentuk awan muatan negatif yang disebut muatan ruang. Muatan ruang bertindak sebagai penghalang yang mencegah pemancaran lebih lanjut dari elektron dari katoda dan mengurangi aliran arus dalam rangkaian.

Jika tegangan yang diterapkan antara anoda dan katoda ditingkatkan secara bertahap, semakin banyak elektron muatan ruang yang ditarik ke anoda dan menciptakan ruang kosong untuk elektron yang dipancarkan lebih lanjut. Jadi, dengan peningkatan tegangan di antara anoda dan katoda, kita dapat meningkatkan laju emisi elektron dan karenanya aliran arus dalam rangkaian.

Pada titik tertentu, ketika semua muatan ruang dinetralisir oleh tegangan anoda, tidak ada lagi penghalang untuk pemancaran elektron dari katoda. Kemudian, seberkas elektron mulai mengalir bebas dari katoda ke anoda melalui ruang. Sebagai hasilnya, arus mengalir dari anoda ke katoda pada nilai maksimum, yang hanya tergantung pada suhu katoda. Ini disebut arus saturasi.

Di sisi lain, jika anoda dibuat negatif relatif terhadap katoda, tidak ada pemancaran elektron dari anoda karena anoda dingin, bukan panas. Sekarang, elektron yang dipancarkan dari katoda yang dipanaskan tidak mencapai anoda karena tolakan anoda negatif. Muatan ruang yang kuat akan terakumulasi di antara anoda dan katoda. Karena muatan ruang ini, semua elektron yang dipancarkan lebih lanjut dipantulkan kembali ke katoda, dan karenanya tidak ada pemancaran. Oleh karena itu, tidak ada arus yang mengalir dalam rangkaian. Jadi, dioda vakum memungkinkan arus mengalir hanya dalam satu arah: dari katoda ke anoda.

Ketika tidak ada tegangan yang diterapkan pada anoda, idealnya, tidak ada arus. Namun, karena fluktuasi statistik dalam kecepatan elektron, beberapa elektron masih mencapai anoda. Arus kecil ini dikenal sebagai arus percikan.

Karakteristik V-I

Karakteristik V-I dari dioda vakum menunjukkan hubungan antara tegangan yang diterapkan di antara anoda dan katoda (V) dan arus yang mengalir melalui rangkaian (I). Karakteristik V-I dari dioda vakum ditunjukkan di bawah ini.

Ukuran muatan ruang tergantung pada berapa banyak elektron yang dipancarkan oleh katoda, yang dipengaruhi oleh suhu dan fungsi kerja katoda. Fungsi kerja adalah energi minimum yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron dari logam. Logam dengan fungsi kerja yang lebih rendah membutuhkan panas yang lebih sedikit untuk memancarkan elektron, menjadikannya lebih efisien untuk tujuan ini.

Wilayah karakteristik ini disebut wilayah saturasi, seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Arus saturasi independen dari tegangan anoda dan hanya bergantung pada suhu katoda.

Ketika tidak ada tegangan yang diterapkan pada anoda, seharusnya tidak ada arus dalam rangkaian, tetapi dalam kenyataannya, ada arus kecil karena fluktuasi statistik dalam kecepatan beberapa elektron. Beberapa elektron memiliki energi yang cukup untuk mencapai anoda bahkan ketika tidak ada tegangan pada anoda. Arus kecil yang disebabkan fenomena ini dikenal sebagai arus percikan.

Jenis-jenis Dioda Vakum

• Dioda rektifikasi

• Dioda detektor

• Dioda Zener

• Dioda varaktor

• Dioda Schottky

Aplikasi Dioda Vakum

• Aplikasi daya tinggi

• Aplikasi frekuensi tinggi

• Aplikasi suhu tinggi

• Aplikasi audio

Kesimpulan

Dioda vakum adalah jenis perangkat elektronik yang mengontrol aliran arus listrik dalam keadaan vakum antara dua elektroda: katoda dan anoda. Katoda memancarkan elektron saat dipanaskan oleh filamen atau pemanas tidak langsung, sementara anoda mengumpulkan elektron dari katoda. Dioda vakum bekerja berdasarkan prinsip emisi termionik dan memungkinkan arus mengalir hanya dalam satu arah: dari katoda ke anoda.

Dioda vakum ditemukan oleh Sir John Ambrose Fleming pada tahun 1904 dan digunakan secara luas dalam elektronika selama setengah abad pertama. Mereka sangat penting untuk pengembangan radio, televisi, radar, perekaman dan reproduksi suara, jaringan telepon jarak jauh, serta komputer analog dan digital awal. Dioda vakum telah digantikan oleh dioda semikonduktor dalam sebagian besar aplikasi, karena ukurannya yang lebih kecil, konsumsi daya yang lebih rendah, keandalan yang lebih tinggi, dan biaya yang lebih rendah. Namun, dioda vakum masih digunakan dalam beberapa bidang di mana mereka memiliki keunggulan atas perangkat padat, seperti aplikasi daya tinggi, frekuensi tinggi, suhu tinggi, dan audio.

Dioda vakum dapat diklasifikasikan menurut kriteria yang berbeda, seperti rentang frekuensi, rating daya, jenis katoda/filamen, aplikasi, parameter khusus, dan fungsi khusus. Beberapa contoh jenis dioda vakum adalah dioda rektifikasi, dioda detektor, dioda Zener, dioda varaktor, dan dioda Schottky.

Dioda vakum adalah perangkat sederhana namun penting yang telah memainkan peran signifikan dalam sejarah dan perkembangan elektronika. Ia masih relevan hari ini untuk beberapa aplikasi yang membutuhkan karakteristik dan kinerja uniknya. Dioda vakum adalah bukti dari kecerdikan dan inovasi insinyur dan ilmuwan elektronika yang telah mengeksplorasi kemungkinan dan potensi tabung vakum.