Co to jest próżniowy diod?

Co to jest próżniowy diod?

Definicja próżniowej diody

Próżniowa dioda to rodzaj urządzenia elektronicznego, które kontroluje przepływ prądu elektrycznego w wysokiej próżni między dwoma elektrodami: katodą i anodą. Katoda to metalowy cylinder pokryty materiałem, który emituje elektrony pod wpływem ogrzania, natomiast anoda to pusty metalowy cylinder, który zbiera elektrony z katody. Symbol próżniowej diody przedstawiono poniżej.

Próżniową diodę wynalazł Sir John Ambrose Fleming w 1904 roku, była ona również znana jako zasada Fleminga lub termionowa zasada. Była to pierwsza próżniowa rura i poprzedniczka innych urządzeń próżniowych, takich jak triody, tetrody i pentody, które były szeroko stosowane w elektronice w pierwszej połowie XX wieku. Próżniowe diody były kluczowe dla rozwoju radia, telewizji, radaru, nagrywania i odtwarzania dźwięku, sieci telefonicznych na duże odległości oraz analogowych i wczesnych komputerów cyfrowych.

Zasada działania

Próżniowa dioda działa na zasadzie termionowej emisji, gdzie elektrony są emitowane z nagrzanego powierzchni metalu. Gdy katoda jest grzana, elektrony uciekają do próżni. Dodatnie napięcie na anodzie przyciąga te elektrony, umożliwiając przepływ prądu z katody do anody w jednym kierunku.

Jednak jeśli dodatnie napięcie zastosowane do anody nie jest wystarczające, anoda nie może przyciągnąć wszystkich elektronów emitowanych z katody ze względu na gorącą spiralę. W rezultacie niektóre elektrony gromadzą się w przestrzeni między katodą a anodą, tworząc chmurę ładunku ujemnego zwaną ładunkiem przestrzennym. Ładunek przestrzenny działa jako bariera, która zapobiega dalszej emisji elektronów z katody i zmniejsza przepływ prądu w obwodzie.

Jeśli zastosowane napięcie między anodą a katodą jest stopniowo zwiększane, coraz więcej elektronów ładunku przestrzennego jest przyciąganych do anody, tworząc wolne miejsce dla kolejnych emitowanych elektronów. Zatem zwiększenie napięcia między anodą a katodą pozwala na zwiększenie tempa emisji elektronów i tym samym przepływu prądu w obwodzie.

W pewnym momencie, gdy cały ładunek przestrzenny zostanie neutralizowany przez napięcie anody, nie ma już żadnej przeszkody dla emisji elektronów z katody. Wtedy strumień elektronów zaczyna swobodnie płynąć z katody do anody przez przestrzeń. W rezultacie prąd płynie z anody do katody przy maksymalnej wartości, która zależy tylko od temperatury katody. To nazywane jest prądem nasycenia.

Z drugiej strony, jeśli anoda jest ujemna względem katody, nie ma emisji elektronów z niej, ponieważ jest zimna, a nie ciepła. Teraz, emitowane elektrony z nagrzaną katodą nie docierają do anody ze względu na odpychanie ujemnej anody. Silny ładunek przestrzenny będzie gromadził się między anodą a katodą. Dzięki temu ładunkowi przestrzennemu, wszystkie kolejne emitowane elektrony są odepchnięte z powrotem do katody, a więc nie ma emisji. Dlatego też nie ma przepływu prądu w obwodzie. Tak więc, próżniowe diody pozwalają na przepływ prądu w jednym kierunku: z katody do anody.

Gdy nie jest zastosowane napięcie do anody, idealnie mówiąc, nie powinien być żaden prąd. Jednak z powodu statystycznych fluktuacji prędkości elektronów, niektóre elektrony nadal docierają do anody. Ten mały prąd jest znany jako prąd rozpryskowy.

Charakterystyki V-I

Charakterystyki V-I próżniowej diody pokazują relację między napięciem zastosowanym między anodą a katodą (V) a prądem płynącym przez obwód (I). Charakterystyki V-I próżniowej diody przedstawione są poniżej.

Rozmiar ładunku przestrzennego zależy od tego, ile elektronów emituje katoda, co jest wpływowane przez temperaturę katody i funkcję pracy. Funkcja pracy to minimalna energia potrzebna do usunięcia elektronu z metalu. Metale o niższych funkcjach pracy potrzebują mniejszego ciepła, aby emitować elektrony, co czyni je bardziej efektywnymi do tego celu.

Ta część charakterystyk jest nazywana regionem nasycenia, jak pokazano na rysunku. Prąd nasycenia jest niezależny od napięcia anody i zależy tylko od temperatury katody.

Gdy nie jest zastosowane napięcie do anody, w obwodzie nie powinien być żaden prąd, ale w rzeczywistości jest mały prąd spowodowany statystycznymi fluktuacjami prędkości niektórych elektronów. Niektóre elektrony są dostatecznie energiczne, aby dotrzeć do anody, nawet gdy na anodzie nie ma napięcia. Mały prąd wywołany tym zjawiskiem jest znany jako prąd rozpryskowy.

Rodzaje próżniowych diod

• Dioda prostownicza

• Dioda detekcyjna

• Dioda Zenera

• Dioda waraktorowa

• Dioda Schottky'ego

Zastosowania próżniowych diod

• Aplikacje wysokomocowe

• Aplikacje wysokoczęstotliwościowe

• Aplikacje wysokotemperaturowe

• Aplikacje audio

Podsumowanie

Próżniowa dioda to rodzaj urządzenia elektronicznego, które kontroluje przepływ prądu elektrycznego w wysokiej próżni między dwoma elektrodami: katodą i anodą. Katoda emituje elektrony, gdy jest grzana przez spiralę lub pośredni ogrzewacz, podczas gdy anoda zbiera elektrony z katody. Próżniowa dioda działa na zasadzie termionowej emisji i pozwala na przepływ prądu tylko w jednym kierunku: z katody do anody.

Próżniowe diody zostały wynalezione przez Sira Johna Ambrose'a Fleminga w 1904 roku i były szeroko stosowane w elektronice w pierwszej połowie XX wieku. Były kluczowe dla rozwoju radia, telewizji, radaru, nagrywania i odtwarzania dźwięku, sieci telefonicznych na duże odległości oraz analogowych i wczesnych komputerów cyfrowych. Próżniowe diody zostały zastąpione przez diody półprzewodnikowe w większości zastosowań, ze względu na mniejszy rozmiar, niższe zużycie energii, większą niezawodność i niższą cenę. Jednak próżniowe diody są nadal używane w niektórych dziedzinach, gdzie mają przewagę nad urządzeniami stałowstępcowymi, takimi jak aplikacje wysokomocowe, wysokoczęstotliwościowe, wysokotemperaturowe i audio.

Próżniowe diody mogą być klasyfikowane według różnych kryteriów, takich jak zakres częstotliwości, moc, typ katody/spirali, zastosowanie, specjalne parametry i specjalne funkcje. Niektóre przykłady typów próżniowych diod to diody prostownicze, detekcyjne, Zenera, waraktorowe i Schottky'ego.

Próżniowa dioda to proste, ale ważne urządzenie, które odegrało istotną rolę w historii i rozwoju elektroniki. Jest nadal relevantna dzisiaj dla niektórych zastosowań, które wymagają jej unikalnych cech i wydajności. Próżniowa dioda jest świadectwem pomysłowości i innowacyjności inżynierów i naukowców elektroniki, którzy eksplorowali możliwości i potencjał próżniowych rur.