Hva er en vakuumdiod?
Hva er en vakuumdiod?
Definisjon av vakuumdiod
En vakuumdiod er en type elektronisk enhet som kontrollerer strømstyringen i høyvakuum mellom to elektroder: en katode og en anode. Katoden er en metallylinder belagt med et materiale som utsteder elektroner når den oppvarmes, mens anoden er en tom metallylinder som samler elektroner fra katoden. Symbolet for vakuumdioden vises nedenfor.
Vakuumdioden ble oppfunnet av Sir John Ambrose Fleming i 1904 og var også kjent som Flemings ventil eller termionventilen. Den var den første vakuumrør og forbilledet for andre vakuumrør-enheter, som trioder, tetroder og pentoder, som ble mye brukt i elektronikk gjennom det første halvårhundre av 1900-tallet. Vakuumdioder var nødvendige for utviklingen av radio, fjernsyn, radar, lydopptak og reproduksjon, langdistansetelefonnettverk, samt analoge og tidlige digitale datamaskiner.
Arbeidsprinsipp
Vakuumdioden fungerer på prinsippet om termionemisjon, hvor elektroner utstedes fra en oppvarmet metallflate. Når katoden oppvarmes, slipper elektroner seg løs i vakuum. En positiv spenning på anoden trekker disse elektronene, noe som tillater strømflyt fra katoden til anoden i én retning.
Hvis imidlertid den positive spenningen som legges på anoden ikke er sterk nok, kan anoden ikke trekke alle elektronene utslipps fra katoden på grunn av het filamenter. Som resultat akkumulerer noen elektroner i rommet mellom katoden og anoden, danner en sky av negativ lading kalt romlading. Rumladingen virker som en barriere som hindrer ytterligere emisjon av elektroner fra katoden og reduserer strømflyten i kretsen.
Hvis den påførte spenningen mellom anoden og katoden gradvis økes, trekkes mer og mer romladingelektroner til anoden og skaper ledig rom for ytterligere utslipps av elektroner. Så ved å øke spenningen over anoden og katoden, kan vi øke utslippshastigheten av elektroner og dermed strømflyten i kretsen.
Når all romlading er neutralisert av anodens spenning, er det ingen flere hinder for elektronemisjon fra katoden. Da begynner en stråle med elektroner å flyte fritt fra katoden til anoden gjennom rommet. Dermed flyter strøm fra anoden til katoden med sin maksimale verdi, som bare avhenger av temperaturen på katoden. Dette kalles mättnadstrøm.
På den andre siden, hvis anoden settes negativ i forhold til katoden, forekommer det ingen elektronemisjon fra den da den er kald, ikke varm. Nå når de utslipps elektronene fra den oppvarmede katoden når ikke anoden pga repulsjonen fra den negative anoden. En sterk romlading vil akkumulere seg mellom anoden og katoden. På grunn av denne romladingen blir alle videre utslipps elektroner vekket tilbake til katoden, og dermed forekommer det ingen emisjon. Derfor flyter det ingen strøm i kretsen. Så vakuumdioder tillater at strøm flyter i én retning bare: fra katode til anode.
Når ingen spenning er påført anoden, burde det teoretisk sett ikke være noen strøm. Men på grunn av statistiske fluktuasjoner i elektronhastighet, når likevel noen elektroner anoden. Denne lille strømmen er kjent som splash-strøm.
V-I Karakteristika
V-I karakteristikken for en vakuumdiod viser forholdet mellom spenningen som påføres over anoden og katoden (V) og strømmen som flyter gjennom kretsen (I). V-I karakteristikken for en vakuumdiod vises nedenfor.
Størrelsen på romladingen avhenger av hvor mange elektroner katoden utsteder, noe som påvirkes av katodens temperatur og arbeidsfunksjon. Arbeidsfunksjonen er den minste energien som trengs for å fjerne et elektron fra et metall. Metaller med lavere arbeidsfunksjon trenger mindre varme for å utstede elektroner, noe som gjør dem mer effektive for dette formålet.
Denne delen av karakteristikken kalles mättnadsregionen, som vist i figuren. Mättnadstrømmen er uavhengig av anodens spenning og avhenger bare av katodens temperatur.
Når ingen spenning er påført anoden, burde det ikke være noen strøm i kretsen, men i virkeligheten er det en liten strøm på grunn av statistiske fluktuasjoner i hastigheten til noen elektroner. Noen elektroner har nok energi til å nå anoden selv om det ikke er noen spenning på anoden. Den lille strømmen som forårsakes av dette fenomenet er kjent som splash-strøm.
Typer Vakuumdioder
Rektifierdiod
Detektor-diod
Zenerdiod
Varaktordiod
Schottkydiod
Anvendelser av Vakuumdioder
Høyeffektanvendelser
Høyfrekvensanvendelser
Høytemperaturanvendelser
Lydanvendelser
Konklusjon
En vakuumdiod er en type elektronisk enhet som kontrollerer strømstyringen i høyvakuum mellom to elektroder: en katode og en anode. Katoden utsteder elektroner når den oppvarmes av en filamenter eller en indirekte varmekilde, mens anoden samler elektroner fra katoden. Vakuumdioden fungerer på prinsippet om termionemisjon og tillater at strøm flyter bare i én retning: fra katode til anode.
Vakuumdioder ble oppfunnet av Sir John Ambrose Fleming i 1904 og ble mye brukt i elektronikk gjennom det første halvårhundre av 1900-tallet. De var nødvendige for utviklingen av radio, fjernsyn, radar, lydopptak og reproduksjon, langdistansetelefonnettverk, samt analoge og tidlige digitale datamaskiner. Vakuumdioder har blitt erstattet av halvlederdioder i de fleste anvendelser, på grunn av deres mindre størrelse, lavere energiforbruk, høyere pålitelighet og lavere kostnad. Imidlertid brukes vakuumdioder fortsatt i noen områder der de har fordeler over faststatede enheter, som høyeffekt, høyfrekvens, høytemperatur og lydanvendelser.
Vakuumdioder kan klassifiseres etter ulike kriterier, som frekvensområde, effektklasse, katode/filamenttype, anvendelse, spesialiserte parametere og spesialiserte funksjoner. Noen eksempler på typer av vakuumdioder er rektifierdioder, detektor-dioder, zenerdioder, varaktordioder og Schottkydioder.
Vakuumdioden er en enkel, men viktig enhet som har spilt en betydelig rolle i historien og utviklingen av elektronikk. Den er fremdeles relevant i dag for noen anvendelser som krever dens unike egenskaper og ytelse. Vakuumdioden er et vitnesbyrd om oppfinnsomheten og innovasjonen til elektronikkingeniører og forskere som har utforsket mulighetene og potensialet for vakuumrør.
