Kas ir Vakuumdiods?
Kas ir vakuumdiods?
Vakuumdioda definīcija
Vakuumdiods ir elektronisks ierīce, kas kontrolē strāvas plūsmu augstā vakumā starp diviem elektrodām: katodu un anodu. Katoda ir metāla cilindrs, kas apklāts ar materiālu, kas izmet elektronus, kad tiek sildīts, savukārt anode ir tukšs metāla cilindrs, kas savāc elektronus no katodes. Vakuumdioda simbols ir parādīts zemāk.
Vakuumdiodu 1904. gadā izgudroja Sirs Džons Ambros Flems, un to pazina arī kā Flemsa ventilu vai termionisko ventilu. Tas bija pirmā vakuumrūpe un citu vakuumrūpu ierīču, piemēram, trīodiju, četrdiodiju un piecdiodiju, priekšgājējs, kas plaši tika izmantotas elektronikā pirmajā pusgadsimtā 20. gadsimta laikā. Vakuumdiodi bija būtiski radio, televīzijas, radaru, skaņas ieraksta un atkārtošanas, tālruņu tālās attālumu tīkliem, analoģiskajiem un agrajiem digitālajiem datoriem.
Darbības princips
Vakuumdiods darbojas termioniskas emisijas principā, kad elektronu tiek izmesti no siltinātā metāla virsmas. Kad katoda tiek sildīta, elektronu iziet uz vakuma. Pozitīva spriegums uz anodas piesaista šos elektronus, ļaujot strāvai plūst no katodes uz anodu vienā virzienā.
Tomēr, ja pozitīvais spriegums, kas tiek piestiprināts anodai, nav pietiekami liels, anode nevar piesaistīt visus elektronus, ko izmet katode, jo filaments ir siltens. Tādējādi daži elektronu akumulējas starp katodi un anodi, veidojot negatīvu lādiņu mākoņu, ko sauc par telpas lādiņu. Telpas lādiņš darbojas kā barjera, kas liekaptās papildus elektronu emisijai no katodes un samazina strāvas plūsmu šķērslī.
Ja anodas un katodes starpība palielinās, vairāk un vairāk telpas lādiņu elektronu tiek piesaistīti anodai un radīs brīvās vietu papildus izmestiem elektroniem. Tātad, palielinot spriegumu starp anodi un katodi, mēs varam palielināt elektronu izmesanas ātrumu un tādējādi strāvas plūsmu šķērslī.
Savādāk, kad visi telpas lādiņi tiek neutralizēti ar anodas spriegumu, vairs nav nekādas šķēršļa elektronu izmesanai no katodes. Tad elektronu straume sāk brīvi plūst no katodes uz anodi caur telpu. Tādējādi strāva plūst no anodas uz katodi maksimālā vērtībā, kas atkarīga tikai no katodes temperatūras. To sauc par saturošo strāvu.
No otras puses, ja anode tiek padarīta negatīva attiecībā pret katodi, no tās neizmetas elektronu, jo tā ir auksta, nevis karsta. Tagad, izmestie elektronu no siltinātās katodes neiesasniedz anodi, jo tie tiek atspēdīti negatīvā anodas sprieguma dēļ. Starp anodi un katodi akumulēsies stiprs telpas lādiņš. Šis telpas lādiņš atspēdīs visus turpmāk izmestos elektronu atpakaļ uz katodi, un tādējādi nekas neizmetas. Tādējādi šķērslī neplūst nekāda strāva. Tātad, vakuumdiodi ļauj strāvai plūst vienā virzienā: no katodes uz anodi.
Ja anodai netiek piestiprināts nekāds spriegums, ideālā situācijā šķērslī nebūtu nekādas strāvas. Tomēr, tā kā statistiskās fluktuācijas elektronu ātrumā, daži elektronu joprojām sasniedz anodi. Šī maza strāva ir pazīstama kā spraude strāva.
U-I īpašības
Vakuumdioda U-I īpašības rāda attiecību starp spriegumu, kas tiek piestiprināts starp anodi un katodi (U), un strāvas plūsmu šķērslī (I). Vakuumdioda U-I īpašības ir parādītas zemāk.
Telpas lādiņa izmērs atkarīgs no tā, cik daudz elektronu izmet katode, kas ietekmēta katodes temperatūras un darba funkcijas. Darba funkcija ir minimālais enerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai izņemtu elektronu no metāla. Metāli ar zemākajām darba funkcijām nepieciešamā mazāk siltums, lai izmetu elektronu, padarot tos efektīvākus šim nolūkam.
Šī īpašību reģiona sauc par saturošo reģionu, kā tas ir parādīts attēlā. Saturošā strāva neatkarīga no anodas sprieguma un atkarīga tikai no katodes temperatūras.
Ja anodai netiek piestiprināts nekāds spriegums, šķērslī nevajadzētu būt nekādas strāvas, bet realitātē ir maza strāva, kas rodas tādēļ, ka daži elektronu ir pietiekami enerģētiski, lai sasniedz anodi, pat tad, ja anodas spriegums ir nulle. Maza strāva, kas rodas šāda fenomēna dēļ, pazīstama kā spraude strāva.
Vakuumdiodu veidi
Rectifier diode
Detector diode
Zener diode
Varactor diode
Schottky diode
Vakuumdiodu pielietojumi
Augstas jaudas pielietojumi
Augstfrekvences pielietojumi
Augstām temperatūrām paredzētie pielietojumi
Audio pielietojumi
Secinājums
Vakuumdiods ir elektroniska ierīce, kas kontrolē strāvas plūsmu augstā vakumā starp diviem elektrodām: katodi un anodi. Katode izmet elektronus, kad tiek sildīta filaments vai nepārtraukts sildītājs, savukārt anode savāc elektronus no katodes. Vakuumdiods darbojas termioniskas emisijas principā un ļauj strāvai plūst vienā virzienā: no katodes uz anodi.
Vakuumdiodus 1904. gadā izgudroja Sirs Džons Ambros Flems, un tie tika plaši izmantoti elektronikā pirmajā pusgadsimtā 20. gadsimta laikā. Tie bija būtiski radio, televīzijas, radaru, skaņas ieraksta un atkārtošanas, tālruņu tālās attālumu tīkliem, analoģiskajiem un agrajiem digitālajiem datoriem. Vakuumdiodi vairākos pielietojumos tika aizvietoti ar polārdiodiem, tādējādi samazinot izmērus, enerģijas patēriņu, paaugstinot uzticamību un samazinot izmaksas. Tomēr, vakuumdiodi joprojām tiek izmantoti dažos jomās, kurās tiem ir priekšrocības salīdzinājumā ar solid-state ierīcēm, piemēram, augstās jaudas, augstfrekvences, augstām temperatūrām un audio pielietojumiem.
Vakuumdiodi var tikt klasificēti atbilstoši dažādiem kritērijiem, piemēram, frekvences diapazonam, jaudas reitingam, katodes/filamenta tipam, pielietojumam, specializētiem parametriem un specializētām funkcijām. Daži vakuumdiodu veidi ir rectifier diodes, detector diodes, Zener diodes, varactor diodes un Schottky diodes.
Vakuumdiods ir vienkārša, bet svarīga ierīce, kas spēlēja nozīmīgu lomu elektronikas vēsturē un attīstībā. Tas joprojām ir aktuāls dažiem pielietojumiem, kas prasa tā unikālās īpašības un veiktspēju. Vakuumdiods ir pierādījums elektronikas inženieru un zinātnieku izdomāšanai un inovācijai, kas izpētījuši vakuumrūpu iespējas un potenciālu.
