Apakah Vacuum Diode?

Apakah Diode Vakum?

Definisi Diode Vakum

Diode vakum adalah jenis peranti elektronik yang mengawal aliran arus elektrik dalam ruang hampa antara dua elektrod: katod dan anod. Katod adalah silinder logam yang dilapisi dengan bahan yang memancarkan elektron apabila dipanaskan, sementara anod adalah silinder logam berongga yang mengumpul elektron dari katod. Simbol diode vakum ditunjukkan di bawah.

Diode vakum ditemui oleh Sir John Ambrose Fleming pada tahun 1904 dan juga dikenali sebagai klep Fleming atau klep termionik. Ia merupakan tabung vakum pertama dan pendahulu peranti tabung vakum lain seperti triod, tetrod, dan pentod, yang digunakan secara meluas dalam elektronik untuk separuh pertama abad ke-20. Diode vakum sangat penting untuk pembangunan radio, televisyen, radar, perekaman dan reproduksi bunyi, rangkaian telefon jarak jauh, serta komputer analog dan digital awal.

Prinsip Operasi

Diode vakum beroperasi berdasarkan prinsip pemancaran termionik, di mana elektron dipancarkan dari permukaan logam yang dipanaskan. Apabila katod dipanaskan, elektron keluar ke ruang hampa. Voltan positif pada anod menarik elektron-elektron ini, membolehkan arus mengalir dari katod ke anod dalam satu arah.

Namun, jika voltan positif yang dikenakan pada anod tidak mencukupi, anod tidak dapat menarik semua elektron yang dipancarkan dari katod kerana filamen panas. Akibatnya, sebahagian elektron berkumpul di ruang antara katod dan anod, membentuk awan muatan negatif yang dikenali sebagai muatan ruang. Muatan ruang bertindak sebagai penghalang yang mencegah pemancaran lebih lanjut elektron dari katod dan mengurangkan aliran arus dalam litar.

Jika voltan yang dikenakan antara anod dan katod ditingkatkan secara bertahap, lebih banyak elektron muatan ruang ditarik ke anod dan mencipta ruang kosong untuk elektron yang dipancarkan. Jadi, dengan peningkatan voltan di antara anod dan katod, kita dapat meningkatkan kadar pemancaran elektron dan seterusnya aliran arus dalam litar.

Pada suatu titik, apabila semua muatan ruang dinetralisir oleh voltan anod, tiada lagi penghalang untuk pemancaran elektron dari katod. Kemudian, sinar elektron mulai mengalir bebas dari katod ke anod melalui ruang. Sebagai hasilnya, arus mengalir dari anod ke katod pada nilai maksimum, yang bergantung hanya pada suhu katod. Ini dikenali sebagai arus jenuh.

Di sisi lain, jika anod dibuat negatif berbanding katod, tiada pemancaran elektron darinya kerana ia sejuk, bukan panas. Kini, elektron yang dipancarkan dari katod yang dipanaskan tidak mencapai anod kerana tolakan anod negatif. Muatan ruang yang kuat akan terakumulasi di antara anod dan katod. Karena muatan ruang ini, semua elektron yang dipancarkan selanjutnya ditolak kembali ke katod, dan seterusnya tiada pemancaran. Oleh itu, tiada arus mengalir dalam litar. Jadi, diode vakum membolehkan arus mengalir hanya dalam satu arah: dari katod ke anod.

Apabila tiada voltan dikenakan pada anod, pada dasarnya, tidak seharusnya ada arus. Namun, disebabkan fluktuasi statistik dalam halaju elektron, beberapa elektron masih mencapai anod. Arus kecil ini dikenali sebagai arus percikan.

Ciri-ciri V-I

Ciri-ciri V-I diode vakum menunjukkan hubungan antara voltan yang dikenakan di antara anod dan katod (V) dan arus yang mengalir melalui litar (I). Ciri-ciri V-I diode vakum ditunjukkan di bawah.

Saiz muatan ruang bergantung pada berapa banyak elektron yang dipancarkan oleh katod, yang dipengaruhi oleh suhu dan fungsi kerja katod. Fungsi kerja adalah tenaga minimum yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron dari logam. Logam dengan fungsi kerja yang lebih rendah memerlukan lebih sedikit haba untuk memancarkan elektron, menjadikannya lebih efisien untuk tujuan ini.

Kawasan ciri-ciri ini dikenali sebagai kawasan jenuh, seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Arus jenuh tidak bergantung pada voltan anod dan hanya bergantung pada suhu katod.

Apabila tiada voltan dikenakan pada anod, seharusnya tidak ada arus dalam litar, tetapi dalam realiti, terdapat arus kecil disebabkan oleh fluktuasi statistik dalam halaju beberapa elektron. Beberapa elektron cukup berenergi untuk mencapai anod walaupun tiada voltan pada anod. Arus kecil yang disebabkan oleh fenomena ini dikenali sebagai arus percikan.

Jenis-jenis Diode Vakum

• Diode rektifikasi

• Diode detektor

• Diode Zener

• Diode varaktor

• Diode Schottky

Aplikasi Diode Vakum

• Aplikasi daya tinggi

• Aplikasi frekuensi tinggi

• Aplikasi suhu tinggi

• Aplikasi audio

Kesimpulan

Diode vakum adalah jenis peranti elektronik yang mengawal aliran arus elektrik dalam ruang hampa antara dua elektrod: katod dan anod. Katod memancarkan elektron apabila dipanaskan oleh filamen atau pemanas tidak langsung, sementara anod mengumpul elektron dari katod. Diode vakum beroperasi berdasarkan prinsip pemancaran termionik dan membolehkan arus mengalir hanya dalam satu arah: dari katod ke anod.

Diode vakum ditemui oleh Sir John Ambrose Fleming pada tahun 1904 dan digunakan secara meluas dalam elektronik untuk separuh pertama abad ke-20. Mereka sangat penting untuk pembangunan radio, televisyen, radar, perekaman dan reproduksi bunyi, rangkaian telefon jarak jauh, serta komputer analog dan digital awal. Diode vakum telah digantikan oleh diode semikonduktor dalam kebanyakan aplikasi, kerana saiz yang lebih kecil, penggunaan daya yang lebih rendah, ketepatan yang lebih tinggi, dan kos yang lebih rendah. Namun, diode vakum masih digunakan dalam beberapa bidang di mana mereka memiliki kelebihan berbanding peranti padat, seperti aplikasi daya tinggi, frekuensi tinggi, suhu tinggi, dan audio.

Diode vakum boleh diklasifikasikan mengikut kriteria yang berbeza, seperti julat frekuensi, rating daya, jenis katod/filamen, aplikasi, parameter khusus, dan fungsi khusus. Beberapa contoh jenis diode vakum adalah diode rektifikasi, diode detektor, diode Zener, diode varaktor, dan diode Schottky.

Diode vakum adalah peranti yang mudah tetapi penting yang telah memainkan peranan signifikan dalam sejarah dan pembangunan elektronik. Ia masih relevan hari ini untuk beberapa aplikasi yang memerlukan ciri-ciri unik dan prestasi. Diode vakum adalah bukti kemahiran dan inovasi jurutera dan saintis elektronik yang telah meneroka kemungkinan dan potensi tabung vakum.