O que é um Diodo a Vácuo?

O que é um Diodo de Vácuo?

Definição de Diodo de Vácuo

Um diodo de vácuo é um tipo de dispositivo eletrônico que controla o fluxo de corrente elétrica em alto vácuo entre dois eletrodos: um cátodo e um ânodo. O cátodo é um cilindro metálico revestido com um material que emite elétrons quando aquecido, enquanto o ânodo é um cilindro metálico oco que coleta elétrons do cátodo. O símbolo do diodo de vácuo é mostrado abaixo.

O diodo de vácuo foi inventado por Sir John Ambrose Fleming em 1904 e também era conhecido como válvula de Fleming ou válvula termiônica. Foi o primeiro tubo de vácuo e o precursor de outros dispositivos de tubo de vácuo, como tríodos, tetródios e pentódios, que foram amplamente utilizados na eletrônica durante a primeira metade do século XX. Os diodos de vácuo foram essenciais para o desenvolvimento da rádio, televisão, radar, gravação e reprodução de som, redes telefônicas de longa distância e computadores analógicos e digitais iniciais.

Princípio de Funcionamento

O diodo de vácuo opera no princípio da emissão termiônica, onde os elétrons são emitidos de uma superfície metálica aquecida. Quando o cátodo é aquecido, os elétrons escapam para o vácuo. Uma tensão positiva no ânodo atrai esses elétrons, permitindo que a corrente flua do cátodo para o ânodo em uma única direção.

No entanto, se a tensão positiva aplicada ao ânodo não for suficiente, o ânodo não pode atrair todos os elétrons emitidos pelo cátodo devido ao filamento quente. Como resultado, alguns elétrons se acumulam no espaço entre o cátodo e o ânodo, formando uma nuvem de carga negativa chamada carga espacial. A carga espacial atua como uma barreira que impede a emissão adicional de elétrons do cátodo e reduz o fluxo de corrente no circuito.

Se a tensão aplicada entre o ânodo e o cátodo for gradualmente aumentada, mais e mais elétrons de carga espacial são atraídos para o ânodo e criam espaço vazio para elétrons adicionais emitidos. Assim, com o aumento da tensão entre o ânodo e o cátodo, podemos aumentar a taxa de emissão de elétrons e, portanto, o fluxo de corrente no circuito.

Em algum ponto, quando toda a carga espacial é neutralizada pela tensão do ânodo, não há mais obstáculo para a emissão de elétrons do cátodo. Então, um feixe de elétrons começa a fluir livremente do cátodo para o ânodo através do espaço. Como resultado, a corrente flui do ânodo para o cátodo em seu valor máximo, que depende apenas da temperatura do cátodo. Isso é chamado de corrente de saturação.

Por outro lado, se o ânodo for tornado negativo em relação ao cátodo, não haverá emissão de elétrons dele, pois está frio, não quente. Agora, os elétrons emitidos pelo cátodo aquecido não chegam ao ânodo devido à repulsão do ânodo negativo. Uma forte carga espacial será acumulada entre o ânodo e o cátodo. Devido a essa carga espacial, todos os elétrons emitidos subsequentemente são repelidos de volta ao cátodo, e, portanto, não ocorre emissão. Portanto, não há fluxo de corrente no circuito. Assim, os diodos de vácuo permitem que a corrente flua em uma única direção: do cátodo para o ânodo.

Quando nenhuma tensão é aplicada ao ânodo, idealmente, não haveria corrente. No entanto, devido a flutuações estatísticas na velocidade dos elétrons, alguns elétrons ainda chegam ao ânodo. Essa pequena corrente é conhecida como corrente de salpicamento.

Características V-I

As características V-I de um diodo de vácuo mostram a relação entre a tensão aplicada entre o ânodo e o cátodo (V) e a corrente que flui através do circuito (I). As características V-I de um diodo de vácuo são mostradas abaixo.

O tamanho da carga espacial depende de quantos elétrons o cátodo emite, o que é influenciado pela temperatura do cátodo e sua função de trabalho. A função de trabalho é a energia mínima necessária para remover um elétron de um metal. Metais com funções de trabalho menores precisam de menos calor para emitir elétrons, tornando-os mais eficientes para esse propósito.

Esta região das características é chamada de região de saturação, conforme mostrado na figura. A corrente de saturação é independente da tensão do ânodo e depende apenas da temperatura do cátodo.

Quando nenhuma tensão é aplicada ao ânodo, não deveria haver corrente no circuito, mas, na realidade, há uma pequena corrente devido a flutuações estatísticas na velocidade de alguns elétrons. Alguns elétrons são energéticos o suficiente para chegar ao ânodo mesmo quando não há tensão no ânodo. A pequena corrente causada por este fenômeno é conhecida como corrente de salpicamento.

Tipos de Diodos de Vácuo

• Diodo retificador

• Diodo detector

• Diodo Zener

• Diodo varicap

• Diodo Schottky

Aplicações de Diodos de Vácuo

• Aplicações de alta potência

• Aplicações de alta frequência

• Aplicações de alta temperatura

• Aplicações de áudio

Conclusão

Um diodo de vácuo é um tipo de dispositivo eletrônico que controla o fluxo de corrente elétrica em alto vácuo entre dois eletrodos: um cátodo e um ânodo. O cátodo emite elétrons quando aquecido por um filamento ou um aquecedor indireto, enquanto o ânodo coleta elétrons do cátodo. O diodo de vácuo funciona no princípio da emissão termiônica e permite que a corrente flua apenas em uma direção: do cátodo para o ânodo.

Os diodos de vácuo foram inventados por Sir John Ambrose Fleming em 1904 e foram amplamente utilizados na eletrônica durante a primeira metade do século XX. Eles foram essenciais para o desenvolvimento da rádio, televisão, radar, gravação e reprodução de som, redes telefônicas de longa distância e computadores analógicos e digitais iniciais. Os diodos de vácuo foram substituídos por diodos semicondutores na maioria das aplicações, devido ao seu menor tamanho, menor consumo de energia, maior confiabilidade e menor custo. No entanto, os diodos de vácuo ainda são usados em algumas áreas onde têm vantagens sobre dispositivos de estado sólido, como aplicações de alta potência, alta frequência, alta temperatura e áudio.

Os diodos de vácuo podem ser classificados de acordo com diferentes critérios, como faixa de frequência, classificação de potência, tipo de cátodo/filamento, aplicação, parâmetros especializados e funções especializadas. Alguns exemplos de tipos de diodos de vácuo são diodos retificadores, diodos detectores, diodos Zener, diodos varicap e diodos Schottky.

O diodo de vácuo é um dispositivo simples, mas importante, que desempenhou um papel significativo na história e no desenvolvimento da eletrônica. Ele ainda é relevante hoje para algumas aplicações que requerem suas características únicas e desempenho. O diodo de vácuo é um testemunho da engenhosidade e inovação dos engenheiros e cientistas eletrônicos que exploraram as possibilidades e potenciais dos tubos de vácuo.