진공 다이오드란 무엇인가?

진공 다이오드란?

진공 다이오드 정의

진공 다이오드는 두 개의 전극인 캐소드와 아노드 사이의 고진공 상태에서 전류를 제어하는 전자 기기의 한 유형입니다. 캐소드는 가열될 때 전자를 방출하는 재료로 코팅된 금속 실린더이며, 아노드는 캐소드로부터 전자를 수집하는 중공 금속 실린더입니다. 진공 다이오드의 기호는 아래에 표시되어 있습니다.

진공 다이오드는 1904년 존 앰브로즈 플레밍 경이 발명하였으며, 플레밍 밸브 또는 열전자 밸브라고도 알려져 있습니다. 이는 첫 번째 진공관이며 트라이오드, 테트로드, 펜토드 등 다른 진공관 장치의 선구자가 되었습니다. 이러한 진공관은 20세기 전반에 걸쳐 전자 제품에서 널리 사용되었습니다. 진공 다이오드는 라디오, 텔레비전, 레이다, 음성 녹음 및 재생, 장거리 전화망, 아날로그 및 초기 디지털 컴퓨터의 발전에 필수적이었습니다.

작동 원리

진공 다이오드는 열전자 방출 원리에 따라 작동합니다. 여기서 전자는 가열된 금속 표면에서 방출됩니다. 캐소드가 가열되면 전자가 진공으로 탈출하고, 아노드에 양의 전압을 가하면 이러한 전자가 아노드로 끌려 들어가게 됩니다. 이렇게 하여 캐소드에서 아노드로 일방향으로 전류가 흐르게 됩니다.

그러나 아노드에 가해지는 양의 전압이 충분하지 않다면, 아노드는 열선으로 인해 캐소드에서 방출된 모든 전자를 끌어들일 수 없습니다. 결과적으로 일부 전자가 캐소드와 아노드 사이의 공간에 축적되며, 이를 공간 전하라고 합니다. 공간 전하는 캐소드에서 추가적인 전자의 방출을 방해하고 회로에서의 전류 흐름을 줄입니다.

아노드와 캐소드 사이의 적용 전압을 점차적으로 증가시키면, 더 많은 공간 전하 전자가 아노드로 끌려 들어가고, 새로운 전자가 방출될 수 있는 공간이 생깁니다. 따라서 아노드와 캐소드 사이의 전압을 증가시키면 전자의 방출률과 회로에서의 전류 흐름을 증가시킬 수 있습니다.

어떤 시점에서는 아노드 전압에 의해 모든 공간 전하가 중성화되고, 캐소드에서 전자의 방출을 방해하는 요소가 없어집니다. 그러면 전자 빔이 자유롭게 캐소드에서 아노드로 흐르게 됩니다. 결과적으로 최대 전류가 아노드에서 캐소드로 흐르게 되며, 이 최대 전류는 캐소드의 온도에만 의존합니다. 이를 포화 전류라고 합니다.

반면에 아노드가 캐소드에 비해 음의 전압을 받으면, 아노드는 차가워서 전자를 방출하지 않습니다. 이제 가열된 캐소드에서 방출된 전자는 음의 아노드의 반발로 인해 아노드에 도달하지 못합니다. 아노드와 캐소드 사이에 강한 공간 전하가 축적됩니다. 이 공간 전하 때문에 모든 추가적인 전자가 캐소드로 다시 밀려나게 되고, 따라서 어떤 방출도 발생하지 않습니다. 따라서 회로에는 전류가 흐르지 않습니다. 따라서 진공 다이오드는 캐소드에서 아노드로만 일방향으로 전류를 흐르게 합니다.

아노드에 전압이 적용되지 않을 때, 이상적으로는 회로에 전류가 없어야 합니다. 그러나 전자 속도의 통계적 변동으로 인해 일부 전자가 여전히 아노드에 도달합니다. 이러한 작은 전류는 스플래시 전류라고 알려져 있습니다.

V-I 특성

진공 다이오드의 V-I 특성은 아노드와 캐소드 사이에 적용되는 전압(V)과 회로를 통해 흐르는 전류(I) 간의 관계를 보여줍니다. 진공 다이오드의 V-I 특성은 아래에 표시되어 있습니다.

공간 전하의 크기는 캐소드가 방출하는 전자의 수에 따라 달라지며, 이는 캐소드의 온도와 작업 함수에 영향을 받습니다. 작업 함수는 금속에서 전자를 제거하기 위해 필요한 최소 에너지를 의미합니다. 작업 함수가 낮은 금속은 전자를 방출하기 위해 덜 가열되기 때문에, 이 목적에 더 효율적입니다.

이 특성의 영역은 포화 영역이라고 불리며, 그림에서 보여주고 있습니다. 포화 전류는 아노드 전압과는 독립적이며, 캐소드의 온도에만 의존합니다.

아노드에 전압이 적용되지 않을 때, 이론적으로 회로에 전류가 없어야 하지만 실제로는 일부 전자의 속도 변동으로 인해 작은 전류가 흐릅니다. 일부 전자는 아노드에 전압이 없더라도 아노드에 도달할 만큼 에너지가 충분합니다. 이러한 현상으로 인해 발생하는 작은 전류는 스플래시 전류라고 알려져 있습니다.

진공 다이오드의 종류

• 정류 다이오드

• 검파 다이오드

• 제너 다이오드

• 바라CTOR 다이오드

• 슈오티키 다이오드

진공 다이오드의 응용

• 고출력 응용

• 고주파 응용

• 고온도 응용

• 오디오 응용

결론

진공 다이오드는 두 개의 전극인 캐소드와 아노드 사이의 고진공 상태에서 전류를 제어하는 전자 기기의 한 유형입니다. 캐소드는 가열될 때 전자를 방출하며, 아노드는 캐소드로부터 전자를 수집합니다. 진공 다이오드는 열전자 방출 원리에 따라 작동하며, 캐소드에서 아노드로만 일방향으로 전류가 흐르게 합니다.

진공 다이오드는 1904년 존 앰브로즈 플레밍 경이 발명하였으며, 20세기 전반에 걸쳐 전자 제품에서 널리 사용되었습니다. 라디오, 텔레비전, 레이다, 음성 녹음 및 재생, 장거리 전화망, 아날로그 및 초기 디지털 컴퓨터의 발전에 필수적이었습니다. 진공 다이오드는 대부분의 응용 분야에서 반도체 다이오드로 대체되었지만, 소형, 저전력 소모, 높은 신뢰성, 저렴한 비용 등의 이유로 여전히 고출력, 고주파, 고온도, 오디오 응용 분야에서 사용되고 있습니다.

진공 다이오드는 주파수 범위, 출력 등급, 캐소드/필라멘트 유형, 응용, 특수 매개변수, 특수 기능 등 다양한 기준에 따라 분류될 수 있습니다. 진공 다이오드의 몇 가지 예로는 정류 다이오드, 검파 다이오드, 제너 다이오드, 바라CTOR 다이오드, 슈오티키 다이오드 등이 있습니다.

진공 다이오드는 단순하지만 중요한 기기로, 전자 공학의 역사와 발전에 큰 역할을 했습니다. 아직도 특정 응용 분야에서 그 고유의 특성과 성능이 요구되는 경우에 활용되고 있습니다. 진공 다이오드는 진공관의 가능성을 탐구한 전자 엔지니어와 과학자들의 창의성과 혁신력을 입증하는 것입니다.