Hvað er vakúmdioda?

Hva er vakúmdioda?

Skilgreining á vakúmdioda

Vakúmdioda er tegund af rafmagnstæki sem stýrir straum rafstraums í hávakúmi milli tveggja elektroda: katóds og anóds. Katóðin er metalleghyrningur yfirborinn efni sem sendir út rafelektrón við hittun, en anódin er hóllur metalleghyrningur sem samlar elektrón frá katóðinni. Táknið fyrir vakúmdiodu er sýnt hér fyrir neðan.

Vakúmdiodan var uppfunnin af Sir John Ambrose Fleming árið 1904 og var einnig kend sem Fleming-valv eða termíonvalv. Hún var fyrsta vakúmtuban og forliður öðrum vakúmtubadevam, eins og tríódum, tetródum og pentódum, sem voru víðtæklega notuð í rafmagnsfærslu fyrra hálfs 20. aldar. Vakúmdiodur voru grunnsteinar í þróun rásvarps, sjónvarps, radars, hljóðupptökur og endurbæringar, langfjarvera símneta, og analogra og fyrstu tölfræðilegra tölvna.

Stefna virkni

Vakúmdiodan virkar á stefnu thermiónskis sendingar, þar sem elektrón eru sendir út af hituðum metalleysi. Þegar katóðin er hituð, flýgja elektrón inn í vakúminu. Jákvæð spenna á anódnum dragur þessum elektrón, leyfir straum að fara frá katóð til anóðs í einni átt.

Ef jákvæð spenna sem er lagð á anódinn er ekki nógu sterk, getur anódur ekki dragið allt elektrón sem sendast út af katóðinni vegna hita. Sem niðurstaða, safna sumir elektrón upp í rými milli katóðar og anóðar, mynda skyn af neikvæðu spennu sem kallast rýmis-spenna. Rýmis-spennan virkar sem bari á móti frekari sendingu elektróna frá katóðinni og minnkar straumaflutning í rafkringunni.

Ef spennan milli anóðs og katóðar er hædd, draga fleiri rýmis-spenna elektrón til anóðs og búa til ónotkuð rými fyrir frekari senda elektrón. Með hækkandi spennu á anóðs og katóð, getum við hækkað sendingu elektróna og þannig straumaflutning í rafkringunni.

Á einhverju punkti, þegar allt rýmis-spenna hefur verið nýttað af anódspennu, er engin meira hindran fyrir elektrónasendingu frá katóð. Þá byrjar beinn straum af elektrónum að flytast frá katóð til anóðs gegnum rými. Sem niðurstaða, flytur straum frá anóð til katóð í sína hámarksgildi, sem berast aðeins af hita katóðar. Þetta kallast fullkominn straum.

Á hina hendina, ef anódur er gerður neikvæður miðað við katóð, er engin elektrónasending frá honum vegna þess að hann er kaldur, ekki hitaður. Núna, sendir elektrón frá hituðu katóðinni ná ekki anóð vegna afstöðunar neikvæðrar anóðar. Sterk rýmis-spenna myndast milli anóðs og katóðar. Vegna þessarar rýmis-spennu, eru allir frekari sendir elektrón afstöðuð til baka til katóðar, og því gerist engin sending. Þannig, fer ekki straum í rafkringunni. Svo, vakúmdiodur leyfa straum að fara aðeins í einni átt: frá katóð til anóðs.

Þegar engin spenna er lagð á anód, ætti að vera enginn straum. En vegna tölfræðilegrar brottnings í hraða elektróna, ná sumir elektrón á anóð. Þessi litill straum er kendur sem splasstraum.

Spenna-straum-eiginleikar (V-I)

Spenna-straum-eiginleikarnir (V-I) vakúmdiodu sýna tengsl milli spennu sem er lagð á anóð og katóð (V) og straums sem fer í gegnum rafkringuna (I). Spenna-straum-eiginleikar vakúmdiodu eru sýndir hér fyrir neðan.

Stærð rýmis-spennu fer eftir því hversu margir elektrón katóðin sendir, sem er áhrif á hita og vinnufall katóðar. Vinnufallið er minnsti orka sem þarf til að fjarlægja elektrón úr metalleysi. Metalleysi með lægra vinnufall þurfa minna hita til að senda elektrón, gera þau þannig mun effiklegri til þessa marka.

Þessi svæði eiginleika kallað er fullkomnar svæði, eins og sýnt er í myndinni. Fullkominn straum er óháður anódspennu og berast aðeins af hita katóðar.

Þegar engin spenna er lagð á anód, ætti að vera enginn straum, en í raun er það litill straum vegna tölfræðilegrar brottnings í hraða sumra elektróna. Sumir elektrón eru nokkuð energetisk til að ná á anóð jafnvel þegar engin spenna er á anóð. Lítill straum sem orsakaður er af þessu fenómeni er kendur sem splasstraum.

Tegundir vakúmdioda

• Ræktandadioda

• Gervidioda

• Zener-dioda

• Varactor-dioda

• Schottky-dioda

Notkun vakúmdioda

• Hástraumsvæði

• Háfrekavæði

• Háhitavæði

• Tónlistarvæði

Úrfærsla

Vakúmdioda er tegund af rafmagnstæki sem stýrir straum rafstraums í hávakúmi milli tveggja elektroda: katóds og anóds. Katóðin sendir elektrón við hittun af fjölbreytilegheri eða örbylgju, en anódin samlar elektrón frá katóðinni. Vakúmdiodan virkar á stefnu thermiónskis sendingar og leyfir straum að fara aðeins í einni átt: frá katóð til anóðs.

Vakúmdiodur voru uppfunnar af Sir John Ambrose Fleming árið 1904 og voru víðtæklega notuð í rafmagnsfærslu fyrra hálfs 20. aldar. Þær voru grunnsteinar í þróun rásvarps, sjónvarps, radars, hljóðupptökur og endurbæringar, langfjarvera símneta, og analogra og fyrstu tölfræðilegra tölvna. Vakúmdiodur hafa verið skiptar út fyrir semilega dioda í mesta partin af notkun, vegna smárrar stærðar, lægra rafmagnsnotkunar, hærri öruggleika og lægra kostnaðar. En vakúmdiodur eru enn notaðar í sumum svæðum þar sem þær hafa kostgildi yfir fastviðbótartæki, eins og hástraumsvæði, háfrekavæði, háhitavæði, og tónlistarvæði.

Vakúmdiodur geta verið flokkuð eftir mismunandi mörgum reglum, eins og frekafjöldi, straumsmark, katóð/fjölbreytilegherslag, notkun, sérstökum parametrar, og sérstökum virkni. Dæmi um tegundir vakúmdioda eru ræktandadioder, gervidioder, Zener-dioder, Varactor-dioder, og Schottky-dioder.

Vakúmdioda er einfaldur en mikilvægur hluti sem hefur spilað mikilvægan hlutverk í sögu og þróun rafmagnsfærslu. Hann er ennþá relevant nú á dögum fyrir sumar notkun sem kréðra hans ungu eiginleika og frambringingu. Vakúmdioda er vitnesbönn fyrir hugrekka og nýsköpun rafmagnsverkfræðinga og vísindamanna sem hafa rannsakað möguleika og potens rafmagnstubna.